一种磺酸基改性超顺磁纳米材料的制备方法及其应用
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种磺酸基改性超顺磁纳米材料的制备方法及其在处理污水中重金属中的应用，属于材料制备及工业废水处理领域。
【背景技术】
[0002]随着现代社会的迅速发展，工业污染排放越来越严重，特别是重金属的排放对人们的健康造成极大的威胁，比如锌、汞、铜、铅、镍等。过去对污水中重金属的处理的方法主要包括化学沉淀法，离子交换，膜过滤，电化学处理，反渗透，溶剂萃取，以及生物去除。然而，这些方法具有一定的局限性，如高的资本投资、造成二次污染和操作复杂。因此，吸附可以是一种替代的废水处理技术，考虑到它操作方便、成本相对低、效率高及各种吸附剂的可重用性等。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种磺酸基改性超顺磁纳米材料的制备方法，包括以下步骤:
(1)将0.006-0.0063 mol 的FeCl3.6Η20、0.049-0.052 mol 的醋酸钠和 0.005-0.006mol的柠檬酸钠溶解于58~61 ml的乙二醇中，然后搅拌l~2h，加入反应釜中加热至190~200°C保持10~12h ;获得的Fe304纳米微粒用磁选分离并用去离子水重复洗涤后得到纳米Fe 304粒子;
(2)按每51~95mL添加0.8-0.9g的比例，将步骤(1)纳米Fe304粒子分散于乙醇水溶液中，乙醇水溶液是按体积比50:1~50:7的比例将乙醇和水混合制得，超声波处理30~60min，然后加入25 ￥七％氨水溶液1.7-2.0 ml，在搅拌过程中加入1~1.2ml正硅酸乙酯，在50~60°C下持续搅拌4~6h，将得到的Fe304@Si02纳米颗粒用磁铁进行分离，并用乙醇和去离子水依次洗涤，在50~60°C真空中干燥10~12h ;
(3)按lg添加35~50ml甲苯的比例，将步骤(2)的Fe304@Si0^米颗粒溶于甲苯溶液中，超声波处理30~60min，制得悬浮液，然后按每0.4-0.6g添加35~50ml悬浮液的比例，将2- (4-氯磺酰苯基)乙基三甲氧基硅烷加入悬浮液中，在室温下搅拌20~24h，并随后将这个悬浮液转入lmol/L的硫酸溶液中处理2~3h，将得到的Fe304@Si02-S03H的纳米颗粒用磁铁进行分离，并用甲苯，乙醇和去离子水依次洗涤，即得到磺酸基改性超顺磁Fe304纳米微粒Fe304iSi02-S03Ho
[0004]所述磺酸基改性超顺磁Fe304纳米微粒Fe 304iSi02-S03H是以超顺磁四氧化三铁为核，以二氧化硅为壳，以2-(4-氯磺酰苯基)乙基三甲氧基硅烷(CSPETS)为改性试剂，在核壳结构上进行改性连接上磺酸基。
[0005]本发明另一目的是将上述磺酸基改性超顺磁纳米材料应用在处理污水中重金属中，使用时先调节污水的pH值为3~6，按每100mL待处理废水添加50~80mg磺酸基改性超顺磁纳米材料的比例，在废水中加入磺酸基改性超顺磁纳米材料处理2~4h，即得处理后废水。
[0006]本发明的有益效果:
(1)本发明所述吸附剂具有超顺磁性，易磁分离，比表面积大等优点；
(2)本发明所述吸附剂可以用于处理污水中重金属中的锌，其吸附率高，可重复使用；
(3)本发明所制备的用于处理污水中重金属中的锌的吸附剂制备成本低，制备过程简单，制备条件要求低。
【具体实施方式】
[0007]下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
[0008]实施例1:本磺酸基改性超顺磁纳米材料的制备方法如下:
(1)将0.006 mol的FeCl3.6Η20、0.049 mol的醋酸钠和0.005mol的柠檬酸钠溶解于58ml的乙二醇中，然后搅拌lh，加入反应釜中加热至200°C保持10h ;获得的Fe304纳米微粒用磁选分离并用去离子水重复洗涤后得到纳米Fe304粒子；
(2)按每51mL添加0.8g的比例，将步骤(1)纳米Fe304粒子分散于乙醇水溶液中，乙醇水溶液是按体积比50:1的比例将乙醇和水混合制得，超声波处理30min，然后加入25?七％氨水溶液1.7ml，在搅拌过程中加入1ml正硅酸乙酯，在50°C下持续搅拌6h，将得到的Fe304@Si02纳米颗粒用磁铁进行分离，并用乙醇和去离子水依次洗涤3次，在50°C真空中干燥 10h ；
(3)按lg添加35ml甲苯的比例，将步骤(2)的Fe304@Si02纳米颗粒溶于甲苯溶液中，超声波处理30min，制得悬浮液，然后按每0.4g添加35ml悬浮液的比例，将2- (4-氯磺酰苯基)乙基三甲氧基硅烷加入悬浮液中，在室温下搅拌20h，并随后将这个悬浮液倒入lmol/L的硫酸溶液中处理2h，将得到的Fe304@Si02-S03H的纳米颗粒用磁铁进行分离，并用甲苯，乙醇和去离子水依次洗涤，即得到磺酸基改性超顺磁Fe304纳米微粒Fe 304@Si02_S03H。
[0009]上述磺酸基改性超顺磁纳米材料应用在处理污水中重金属中，废水中铜的含量分别为100mg/L，使用时先调节污水的pH值为3，按每100mL待处理废水添加50mg磺酸基改性超顺磁纳米材料的比例，在废水中加入磺酸基改性超顺磁纳米材料处理4h，即得处理后废水，铜的吸附效率为83%。
[0010]实施例2:本磺酸基改性超顺磁纳米材料的制备方法如下:
(1)将0.0061 mol的FeCl3.6H20、0.05 mol的醋酸钠和0.0053mol的柠檬酸钠溶解于59ml的乙二醇中，然后搅拌1.5h，加入反应釜中加热至195°C保持llh ;获得的Fe304纳米微粒用磁选分离并用去离子水重复洗涤后得到纳米Fe304粒子；
(2)按每65mL添加0.85g的比例，将步骤(1)纳米Fe304粒子分散于乙醇水溶液中，乙醇水溶液是按体积比50:4的比例将乙醇和水混合制得，超声波处理40min，然后加入25?七％氨水溶液1.8ml，在搅拌过程中加入1.lml正硅酸乙酯，在55°C下持续搅拌5h，将得到的Fe304@Si02纳米颗粒用磁铁进行分离，并用乙醇和去离子水依次洗涤3次，在55°C真空中干燥llh;
(3)按lg添加40ml甲苯的比例，将步骤(2)的Fe304@Si02纳米颗粒溶于甲苯溶液中，超声波处理40min，制得悬浮液，然后按每0.5g添加40ml悬浮液的比例，将2- (4-氯磺酰苯基)乙基三甲氧基硅烷加入悬浮液中，在室温下搅拌22h，并随后将这个悬浮液倒入lmol/L的硫酸溶液中处理2.5h，将得到的Fe304@Si02-S03H的纳米颗粒用磁铁进行分离，并用甲苯，乙醇和去离子水依次洗涤，即得到磺酸基改性超顺磁Fe304纳米微粒Fe 304@Si02_S03H。
[0011 ] 上述磺酸基改性超顺磁纳米材料应用在处理污水中重金属中