磁性聚硅氧烷金属离子吸附剂的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种磁性聚硅氧烷金属离子吸附剂的制备方法。所述制备方法的主要步骤是：(1)采用化学共沉淀法制备四氧化三铁纳米粒子或其分散液；(2)将由步骤(1)所制得的四氧化三铁纳米粒子或其分散液直接与相应的硅烷单体(详见说明书中式I所示化合物、或式I所示化合物和式II所示化合物的混合物)进行水解缩聚反应，得到目标物。本发明提供了一种工艺简单、制备过程易控制、产品性能稳定、及易于商业化制备的磁性聚硅氧烷金属离子吸附剂的制备方法。此外，按本发明所述制备方法所制得的磁性聚硅氧烷金属离子吸附剂可循环使用，且便于分离。
【专利说明】磁性聚硅氧烷金属离子吸附剂的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种磁性聚硅氧烷金属离子吸附剂的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着科学技术和工业水平的不断发展，金属已经成为工业生产中不可或缺的材料之一。出于对金属的回收利用和治理有害重金属污染的考虑，均需要将金属离子从溶液中提取分离出来。吸附法是去除水溶液中污染物的有效方法之一，采用吸附法处理金属离子溶液，可实现污染治理和金属离子的回收，符合循环经济和可持续发展的要求。理想的吸附剂应具有适用范围广、吸附容量大、价格低廉等特点。目前，人们已经开发出各种类型的金属离子吸附剂，包括活性炭、螯合树脂、生物吸附剂和介孔二氧化硅等。
[0003]杨启华和刘健等提出以非离子聚合物为模板剂、(MeO)3SiCH2CH2Si (OMe) 3和(MeO)3SiCH2CH2CH2SH混合物为硅源、共聚合成含巯基(-SH)吸附中心的有机/无机杂化介孔材料来吸附重金属离子(CN1727061A)。但此种材料-SH吸附中心分布在材料的孔道中，引入的-SH官能团数量较少，限制了其对于金属离子的吸附能力，应用价值有限。
[0004]辛忠和陆馨揭示了含有氨基、巯基或/和环氧基的聚硅氧烷是一种高效的金属离子吸附剂(CN101757894A)。然而，这些功能化聚硅氧烷粒子虽然对于重金属离子具有良好的吸附性能，但是其粒径一般小于10 μ m,从金属离子溶液中分离出来时需通过过滤或者离心分离的方法，具有局限性。
[0005]Kraus等采用巯丙基三甲氧基娃烧(MPTMS)接枝修饰铁酸钴磁性纳米颗粒，发现其对金离子的吸附量随MPTMS用量的增加而增加(Kraus A, Jainae K, Unob F, andSukpirom N.Journal of Colloid and Interface Science2009 ；338(2):359-365)。但该制备过程需要先经共沉淀法和高温煅烧制备出铁酸钴纳米粒子，再将纳米粒子分散在溶液中，加入硅烷进行单体接枝反应，步骤繁琐；且这种硅烷单体表面接枝修饰的方法只能使磁性纳米粒子表面修饰上数量有限的有机官能团，对金属离子的吸附容量有限。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于，提供一种制备工艺简单、制备过程易控制、产品性能稳定、及易于商业化制备的磁性聚硅氧烷金属离子吸附剂的制备方法，克服现有技术中存在的不足。
[0007]本发明所述的磁性聚硅氧烷金属离子吸附剂的制备方法，其主要步骤如下:
[0008](I)采用化学共沉淀法制备四氧化三铁纳米粒子或其分散液；
[0009](2)将由步骤⑴所制得的四氧化三铁纳米粒子或其分散液直接与式I所示化合物、或式I所示化合物和式II所示化合物的混合物进行水解缩聚(即均聚或共聚)反应，得到目标物(磁性聚硅氧烷金属离子吸附剂)；
[0010]其中，所述水解缩聚(包括均聚和共聚)反应温度为10°C?80°C，反应时间为l-24h ；[0011]目标物中，四氧化三铁纳米粒子与聚硅氧烷的质量比为1.0: (1.0~9.0);
[0012]
【权利要求】
1.一种制备磁性聚硅氧烷金属离子吸附剂的方法，其主要步骤如下: (1)采用化学共沉淀法制备四氧化三铁纳米粒子或其分散液； (2)将由步骤(1)所制得的四氧化三铁纳米粒子或其分散液直接与式I所示化合物、或式I所示化合物和式II所示化合物的混合物进行水解缩聚反应，得到目标物； 其中，所述水解缩聚反应温度为10°C~80°C，反应时间为Ih~24h; 目标物中，四氧化三铁纳米粒子与聚硅氧烷的质量比为1.0: (1.0~9.0)；
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中R1,R2, R3和R4分别独立选自=C1-C6烷基，C1~C6烷氧基或由氨基、巯基或环氧基取代的C1~C6烷基，且在R1, R2, R3和R4中，由氣基、疏基或环氧基取代的C1~C6烷基的个数为I。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，其中R1,R2, R3和R4分别独立选自=C1-C3烷基，C1~C3烷氧基或由氨基、巯基或环氧基取代的C1~C3烷基，且在R1, R2, R3和R4中，由氣基、疏基或环氧基取代的C1~C3烷基的个数为I。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中R5,R6, R7和R8分别独立选自=C1~C18烷基、C1~C4烷氧基、C1~C4链烯基、苯基或卤素中一种。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，其中R5,R6, R7和R8分别独立选自=C1~C18烷基、C1~C4烷氧基、C1~C4链烯基、苯基或卤素中一种。
6.如权利要求1~5中任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤: (1)将二价铁盐和三价铁盐置于水中，得到含二价铁盐和三价铁盐的水溶液，在有惰性保护气体存在、和50°c~90°C及搅拌条件下，将碱性化合物加入上述所得的含二价铁盐和三价铁盐的水溶液中，使体系的PH值为7.5~11.0，并在此状态保持I小时至5小时，得到四氧化三铁纳米粒子分散液； (2)在由步骤(1)所得的四氧化三铁纳米粒子分散液中加入式I所示化合物，进行水解均聚反应；或， 加入式I所示化合物和式II所示化合物，进行水解共聚反应，所得产物经洗涤、分离、干燥后即为目标物。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，其中，二价铁盐水溶液的摩尔浓度为5X 10_5摩尔/升~IX 10_2摩尔/升，三价铁盐水溶液的摩尔浓度为5 X 10_5摩尔/升~I X 10_2摩尔/升；二价铁盐和三价铁盐的摩尔比为1.0: (1.5~2.0)。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，其中所述三价铁盐是Fe2(SO4) 3或FeCl3,所述的二价铁盐是FeSO4或FeCl2,或它们的含结晶水化合物。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，其中所述惰性保护气体是氮气或氩气。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，其中所述碱性化合物是氨水、氢氧化钠或碳酸氢钠。
【文档编号】B01J20/30GK103721687SQ201210382001
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年10月10日 优先权日:2012年10月10日
【发明者】辛忠, 陆馨 申请人:华东理工大学