专利名称：一种具有活性氧化铝壳层的磁性纳米粒子的制备方法
技术领域：
本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种具有活性氧化铝壳层的磁性纳米粒子的制备方法。
背景技术：
随着工业化进程的发展，重金 属污染已经成为了危害环境和威胁人类身体健康的巨大隐患。由于低浓度的重金属可以在人体内的肝脏等器官内富集，危害内脏器官，从而严重危害人体的健康。同时，由于农药以及除草剂的大量使用，使大量的有机污染物进入土壤，进而随着雨水进入地下水体中，对人类的健康产生了巨大的威胁。因此，对重金属离子的治理及对有机污染物吸收的技术及相关材料的研究引起了公众和科学界的极大关注。就目前而言，治理重金属污染的主要方法有离子交换树脂法，活性炭吸附法，沸石吸附法和离子螯合剂固定法。这些方法各自有其优点，但同时也存在着不足，离子交换树脂对重金属粒子的选择性吸附效能高，但是对有机物吸附性能较弱，活性炭对有机污染物和重金属粒子都有很好的吸附效果，活性炭价格较为昂贵，同时不可以重复利用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种核壳型结构的具有活性氧化铝壳层的磁性纳米粒子的制备方法。该方法简单，操作简便，易于实现，制备的磁性纳米粒子比表面积较高，吸附量大，比表面积为75m2/g 92m2/g，采用本发明制备的磁性纳米粒子对质量浓度为1%的甲基橙溶液进行吸附试验，吸附量为每克磁性纳米粒子吸附O. 08克 O. 16克甲基橙。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种具有活性氧化铝壳层的磁性纳米粒子的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤步骤一、向质量浓度为5% 50%的三氯化铁溶液中加入改性剂，搅拌均匀，然后在搅拌条件下向溶液中滴加氨水直至溶液的pH值为6 7，得到氢氧化铁悬浮液；所述改性剂为聚乙二醇、阿拉伯树胶、明胶、硬脂酸和羧甲基纤维素中的一种或几种；所述改性剂的加入量为三氯化铁溶液质量的3% 10% ；步骤二、将质量浓度为3% 30%的氯化铝溶液加热至30°C 80°C，然后将加热后的氯化铝溶液加入步骤一中所述氢氧化铁悬浮液中，搅拌均匀得到混合物，再在搅拌条件下向混合物中滴加氨水直至混合物的PH值为7 8，静置陈化2h 24h ;所述氯化铝溶液的加入量按氯化铝与步骤一中所述三氯化铁的质量比为10 : I 100计；步骤三、对步骤二中经静置陈化后的混合物进行真空抽滤，洗涤滤饼，然后将洗涤后的滤饼供干；步骤四、将步骤三中烘干后的滤饼置于管式炉中，在温度为400°C 800°C的条件下加热分解2h 4h，自然冷却后取出产物，最后将产物研磨，得到三氧化二铁外包裹活性氧化铝壳层的磁性纳米粒子。
上述的一种具有活性氧化铝壳层的磁性纳米粒子的制备方法，步骤一中所述氨水的质量浓度为3% 15%。上述的一种具有活性氧化铝壳层的磁性纳米粒子的制备方法，步骤一中所述滴加氨水过程中搅 拌的速率为IOOrpm 300rpm。上述的一种具有活性氧化铝壳层的磁性纳米粒子的制备方法，步骤一中所述聚乙二醇的相对分子质量为200 6000。上述的一种具有活性氧化铝壳层的磁性纳米粒子的制备方法，步骤二中所述氨水的质量浓度为3% 15%。上述的一种具有活性氧化铝壳层的磁性纳米粒子的制备方法，步骤二中所述滴加氨水过程中搅拌的速率为50rpm lOOrpm。上述的一种具有活性氧化铝壳层的磁性纳米粒子的制备方法，步骤三中所述烘干的温度为80°C 110°C，烘干的时间为12h 48h。上述的一种具有活性氧化铝壳层的磁性纳米粒子的制备方法，步骤四中所述加热分解的气氛为空气。本发明与现有技术相比具有以下优点I、本发明的制备方法简单，操作简便，易于实现。2、本发明制备的磁性纳米粒子是一种核壳型结构的纳米粒子，外部为活性氧化铝壳层，内部为三氧化二铁内核，外部氧化铝为多孔结构，可以对有机污染物和重金属离子产生强烈的吸附作用，使有机污染物和重金属离子锚固在磁性纳米粒子的表面，内部的三氧化二铁内核具有磁性，可以在电磁铁等定向磁场的作用下产生运动，实现分离从而省去了过滤，洗涤等工艺环节和相关的生产设备。3、采用本发明制备的磁性纳米粒子作为吸附剂对有机污染物和重金属离子进行吸附处理，处理后的吸附有有机污染物活重金属离子的磁性纳米粒子可经煅烧后重复利用，达到了节约成本的目的。4、本发明制备的磁性纳米粒子比表面积较高，吸附量大，比表面积为75m2/g 92m2/g，采用本发明制备的磁性纳米粒子对质量浓度为1%的甲基橙溶液进行吸附试验，吸附量为每克磁性纳米粒子吸附O. 08克 O. 16克甲基橙。下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
具体实施例方式实施例I步骤一、向质量浓度为33%的三氯化铁溶液中加入改性剂，搅拌均匀，然后在速率为150rpm的搅拌条件下向溶液中滴加质量浓度为3%的氨水直至溶液的pH值为6，得到氢氧化铁悬浮液；所述改性剂为羧甲基纤维素；所述改性剂的加入量为三氯化铁溶液质量的3% ；步骤二、将质量浓度为5%的氯化铝溶液加热至30°C，然后将加热后的氯化铝溶液加入步骤一中所述氢氧化铁悬浮液中，搅拌均匀得到混合物，再在速率为50rpm的搅拌条件下向混合物中滴加质量浓度为3%的氨水直至混合物的pH值为7，静置陈化3h ;所述氯化铝溶液的加入量按氯化铝与步骤一中所述三氯化铁的质量比为10 50计；
步骤三、对步骤二中经静置陈化后的混合物进行真空抽滤，洗涤滤饼，然后将洗涤后的滤饼烘干；所述烘干的温度为80°C，烘干的时间为48h ；步骤四、将步骤三中烘干后的滤饼置于管式炉中，在空气气氛下，温度为400°C的条件下加热分解4h，自然冷却后取出灰色固体产物，最后将产物研磨，得到三氧化二铁外包裹活性氧化铝壳层的磁性纳米粒子。经测试，本实施例制备的磁性纳米粒子的比表面积为81m2/g，采用本实施例制备的磁性纳米粒子对质量浓度为1%的甲基橙溶液进行吸附试验，吸附量为每克磁性纳米粒子吸附O. I克甲基橙。
实施例2本实施例与实施例I相同，其中不同之处在于所述改性剂为聚乙二醇、阿拉伯树胶、明胶或硬脂酸，或者为聚乙二醇、阿拉伯树胶、明胶、硬脂酸和羧甲基纤维素中的至少两种。经测试，本实施例制备的磁性纳米粒子的比表面积为75m2/g 92m2/g，采用本实施例制备的磁性纳米粒子对质量浓度为1%的甲基橙溶液进行吸附试验，吸附量为每克磁性纳米粒子吸附O. 08克 O. 16克甲基橙。实施例3步骤一、向质量浓度为37. 5%的三氯化铁溶液中加入改性剂，搅拌均匀，然后在速率为200rpm的搅拌条件下向溶液中滴加质量浓度为3%的氨水直至溶液的pH值为7，得到氢氧化铁悬浮液；所述改性剂为聚乙二醇(相对分子质量为1000)和明胶(质量比为2 I)；所述改性剂的加入量为三氯化铁溶液质量的5% ；步骤二、将质量浓度为8%的氯化铝溶液加热至40°C，然后将加热后的氯化铝溶液加入步骤一中所述氢氧化铁悬浮液中，搅拌均匀得到混合物，再在速率为60rpm的搅拌条件下向混合物中滴加质量浓度为3%的氨水直至混合物的pH值为8，静置陈化6h ;所述氯化铝溶液的加入量按氯化铝与步骤一中所述三氯化铁的质量比为10 : 2计；步骤三、对步骤二中经静置陈化后的混合物进行真空抽滤，洗涤滤饼，然后将洗涤后的滤饼烘干；所述烘干的温度为90°C，烘干的时间为28h ；步骤四、将步骤三中烘干后的滤饼置于管式炉中，在空气气氛下，温度为500°C的条件下加热分解3h，自然冷却后取出灰色固体产物，最后将产物研磨，得到三氧化二铁外包裹活性氧化铝壳层的磁性纳米粒子。经测试，本实施例制备的磁性纳米粒子的比表面积为75m2/g，采用本实施例制备的磁性纳米粒子对质量浓度为1%的甲基橙溶液进行吸附试验，吸附量为每克磁性纳米粒子吸附O. 11克甲基橙。实施例4本实施例与实施例3相同，其中不同之处在于所述改性剂为聚乙二醇、阿拉伯树胶、明胶、硬脂酸和羧甲基纤维素中的一种、三种、四种或五种，或者为阿拉伯树胶、明胶、硬脂酸和羧甲基纤维素中的两种，或者为阿拉伯树胶、硬脂酸和羧甲基纤维素中的一种与聚乙二醇的混合物。经测试，本实施例制备的磁性纳米粒子的比表面积为75m2/g 92m2/g，采用本实施例制备的磁性纳米粒子对质量浓度为1%的甲基橙溶液进行吸附试验，吸附量为每克磁性纳米粒子吸附O. 08克 O. 16克甲基橙。实施例5步骤一、向质 量浓度为27%的三氯化铁溶液中加入改性剂，搅拌均匀，然后在速率为230rpm的搅拌条件下向溶液中滴加质量浓度为5%的氨水直至溶液的pH值为6. 5，得到氢氧化铁悬浮液；所述改性剂为相对分子质量为200的聚乙二醇；所述改性剂的加入量为三氯化铁溶液质量的6% ；步骤二、将质量浓度为7%的氯化铝溶液加热至30°C，然后将加热后的氯化铝溶液加入步骤一中所述氢氧化铁悬浮液中，搅拌均匀得到混合物，再在速率为70rpm的搅拌条件下向混合物中滴加质量浓度为5%的氨水直至混合物的pH值为7. 5，静置陈化8h ;所述氯化铝溶液的加入量按氯化铝与步骤一中所述三氯化铁的质量比为10 : 5计；步骤三、对步骤二中经静置陈化后的混合物进行真空抽滤，洗涤滤饼，然后将洗涤后的滤饼烘干；所述烘干的温度为100°c，烘干的时间为15h ；步骤四、将步骤三中烘干后的滤饼置于管式炉中，在空气气氛下，温度为600°C的条件下加热分解3h，自然冷却后取出灰色固体产物，最后将产物研磨，得到三氧化二铁外包裹活性氧化铝壳层的磁性纳米粒子。经测试，本实施例制备的磁性纳米粒子的比表面积为86m2/g，采用本实施例制备的磁性纳米粒子对质量浓度为1%的甲基橙溶液进行吸附试验，吸附量为每克磁性纳米粒子吸附O. 15克甲基橙。实施例6本实施例与实施例5相同，其中不同之处在于所述改性剂为阿拉伯树胶、明胶、硬脂酸或羧甲基纤维素，或者为聚乙二醇、阿拉伯树胶、明胶、硬脂酸和羧甲基纤维素中的至少两种。经测试，本实施例制备的磁性纳米粒子的比表面积为75m2/g 92m2/g，采用本实施例制备的磁性纳米粒子对质量浓度为1%的甲基橙溶液进行吸附试验，吸附量为每克磁性纳米粒子吸附O. 08克 O. 16克甲基橙。实施例7步骤一、向质量浓度为50%的三氯化铁溶液中加入改性剂，搅拌均匀，然后在速率为300rpm的搅拌条件下向溶液中滴加质量浓度为6%的氨水直至溶液的pH值为6，得到氢氧化铁悬浮液；所述改性剂为阿拉伯树胶、明胶和硬脂酸(质量比为I : 2 I);所述改性剂的加入量为三氯化铁溶液质量的4% ；步骤二、将质量浓度为30%的氯化铝溶液加热至60°C，然后将加热后的氯化铝溶液加入步骤一中所述氢氧化铁悬浮液中，搅拌均匀得到混合物，再在速率为IOOrpm的搅拌条件下向混合物中滴加质量浓度为15%的氨水直至混合物的pH值为8，静置陈化24h ;所述氯化铝溶液的加入量按氯化铝与步骤一中所述三氯化铁的质量比为10 : I计；步骤三、对步骤二中经静置陈化后的混合物进行真空抽滤，洗涤滤饼，然后将洗涤后的滤饼烘干；所述烘干的温度为110°C，烘干的时间为12h ；步骤四、将步骤三中烘干后的滤饼置于管式炉中，在空气气氛下，温度为700°C的条件下加热分解2h，自然冷却后取出灰色固体产物，最后将产物研磨，得到三氧化二铁外包裹活性氧化铝壳层的磁性纳米粒子。
经测试，本实施例制备的磁性纳米粒子的比表面积为92m2/g，采用本实施例制备的磁性纳米粒子对质量浓度为1%的甲基橙溶液进行吸附试验，吸附量为每克磁性纳米粒子吸附O. 16克甲基橙。实施例8本实施例与实施例7相同,其中不同之处在于所述改性剂为聚乙二醇、阿拉伯树胶、明胶、硬脂酸和羧甲基纤维素中的一种、两种、四种或五种，或者为聚乙二醇、明胶、硬脂酸和羧甲基纤维素中的三种，或者为聚乙二醇、硬脂酸和羧甲基纤维素中的两种与阿拉伯树胶的混合物，或者为聚乙二醇或羧甲基纤维素与明胶和阿拉伯树胶的混合物。经测试，本实施例制备的磁性纳米粒子的比表面积为75m2/g 92m2/g，采用本实 施例制备的磁性纳米粒子对质量浓度为1%的甲基橙溶液进行吸附试验，吸附量为每克磁性纳米粒子吸附O. 08克 O. 16克甲基橙。实施例9步骤一、向质量浓度为5%的三氯化铁溶液中加入改性剂，搅拌均匀，然后在速率为IOOrpm的搅拌条件下向溶液中滴加质量浓度为15%的氨水直至溶液的pH值为7，得到氢氧化铁悬浮液；所述改性剂为相对分子质量为6000的聚乙二醇；所述改性剂的加入量为三氯化铁溶液质量的10% ；步骤二、将质量浓度为3%的氯化铝溶液加热至80°C，然后将加热后的氯化铝溶液加入步骤一中所述氢氧化铁悬浮液中，搅拌均匀得到混合物，再在速率为IOOrpm的搅拌条件下向混合物中滴加质量浓度为10%的氨水直至混合物的pH值为7，静置陈化2h ;所述氯化铝溶液的加入量按氯化铝与步骤一中所述三氯化铁的质量比为10 100计；步骤三、对步骤二中经静置陈化后的混合物进行真空抽滤，洗涤滤饼，然后将洗涤后的滤饼烘干；所述烘干的温度为80°C，烘干的时间为48h ；步骤四、将步骤三中烘干后的滤饼置于管式炉中，在空气气氛下，温度为800°C的条件下加热分解2h，自然冷却后取出灰色固体产物，最后将产物研磨，得到三氧化二铁外包裹活性氧化铝壳层的磁性纳米粒子。经测试，本实施例制备的磁性纳米粒子的比表面积为76m2/g，采用本实施例制备的磁性纳米粒子对质量浓度为1%的甲基橙溶液进行吸附试验，吸附量为每克磁性纳米粒子吸附O. 08克甲基橙。实施例10本实施例与实施例9相同，其中不同之处在于所述改性剂为阿拉伯树胶、明胶、硬脂酸或羧甲基纤维素，或者为聚乙二醇、阿拉伯树胶、明胶、硬脂酸和羧甲基纤维素中的至少两种。经测试，本实施例制备的磁性纳米粒子的比表面积为75m2/g 92m2/g，采用本实施例制备的磁性纳米粒子对质量浓度为1%的甲基橙溶液进行吸附试验，吸附量为每克磁性纳米粒子吸附O. 08克 O. 16克甲基橙。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
权利要求
1.ー种具有活性氧化铝壳层的磁性纳米粒子的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤 步骤一、向质量浓度为5% 50%的三氯化铁溶液中加入改性剂，搅拌均匀，然后在搅拌条件下向溶液中滴加氨水直至溶液的PH值为6 7，得到氢氧化铁悬浮液；所述改性剂为聚こニ醇、阿拉伯树胶、明胶、硬脂酸和羧甲基纤维素中的ー种或几种；所述改性剂的加入量为三氯化铁溶液质量的3% 10% ； 步骤ニ、将质量浓度为3% 30%的氯化铝溶液加热至30°C 80°C，然后将加热后的氯化铝溶液加入步骤一中所述氢氧化铁悬浮液中，搅拌均匀得到混合物，再在搅拌条件下向混合物中滴加氨水直至混合物的PH值为7 8，静置陈化2h 24h ;所述氯化铝溶液的加入量按氯化铝与步骤一中所述三氯化铁的质量比为10 : I 100计； 步骤三、对步骤ニ中经静置陈化后的混合物进行真空抽滤，洗涤滤饼，然后将洗涤后的滤饼烘干； 步骤四、将步骤三中烘干后的滤饼置于管式炉中，在温度为400°C 800°C的条件下加热分解2h 4h，自然冷却后取出产物，最后将产物研磨，得到三氧化ニ铁外包裹活性氧化铝壳层的磁性纳米粒子。
2.根据权利要求I所述的ー种具有活性氧化铝壳层的磁性纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤一中所述氨水的质量浓度为3% 15%。
3.根据权利要求I所述的ー种具有活性氧化铝壳层的磁性纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤一中所述滴加氨水过程中搅拌的速率为IOOrpm 300rpm。
4.根据权利要求I所述的ー种具有活性氧化铝壳层的磁性纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤一中所述聚こニ醇的相对分子质量为200 6000。
5.根据权利要求I所述的ー种具有活性氧化铝壳层的磁性纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤ニ中所述氨水的质量浓度为3% 15%。
6.根据权利要求I所述的ー种具有活性氧化铝壳层的磁性纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤ニ中所述滴加氨水过程中搅拌的速率为50rpm lOOrpm。
7.根据权利要求I所述的ー种具有活性氧化铝壳层的磁性纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤三中所述烘干的温度为80°C 110°C，烘干的时间为12h 48h。
8.根据权利要求I所述的ー种具有活性氧化铝壳层的磁性纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤四中所述加热分解的气氛为空气。
全文摘要
本发明公开了一种具有活性氧化铝壳层的磁性纳米粒子的制备方法，该方法为一、向三氯化铁溶液中加入改性剂，搅拌均匀，滴加氨水，得到氢氧化铁悬浮液；二、将氯化铝溶液加热，然后加入氢氧化铁悬浮液中，搅拌均匀得到混合物，向混合物中滴加氨水，静置陈化；三、真空抽滤，洗涤滤饼，烘干；四、将滤饼置于管式炉中加热分解，自然冷却后取出产物，研磨，得到磁性纳米粒子。本发明的制备方法简单，操作简便，易于实现，制备的磁性纳米粒子是一种核壳型结构的纳米粒子，外部氧化铝为多孔结构，可以对有机污染物和重金属离子产生强烈的吸附作用，使其锚固在磁性纳米粒子的表面，内部的三氧化二铁内核具有磁性，可在定向磁场作用下产生运动实现分离。
文档编号B01J20/28GK102773070SQ20121030564
公开日2012年11月14日 申请日期2012年8月26日 优先权日2012年8月26日
发明者陈进 申请人:西安科技大学