一种纳米结构复合磁性吸附材料的制备方法及其应用
【技术领域】
[0001 ] 本发明属材料制备领域，涉及一种纳米结构复合磁性吸附材料的制备方法及其应用。
【背景技术】
[0002]伴随着我国化工行业的高速发展，近二十年来，我国磷化工得到了迅速的发展，给社会提供了大量的物资财富，并取得了令人鼓舞的成绩。但是，随着磷化工的发展的同时也产生了大量的污染物，主要是废气和粉尘、废水、固体废物(简称“三废”)，这些污染物中含有许多有毒有害的物质进入了大气，江河湖海和陆地成为我国环境污染最主要的来源之一。从而导致环境污染状况也日趋严重。因此，防治磷化工污染，保护生态环境，合理利用不可再生的有限资源，是我国磷化工健康发展所面临的一项迫切任务和重要课题，认识磷污染的危害和研究除磷的方法具有重大的现实意义。
[0003]以晶化的微孔分子筛为基础，具有良好的水热稳定性与酸性，同时还含有丰富的介孔孔道，有均匀而有序的孔道结构，有利于大分子的吸附与传质，优异的物化性能使其在催化反应中表现出优异的催化活性，极高的比表面积100m2g1),高空容和很好的生物相容性而被广泛的应用于化工催化，吸附，生物传感器等各个方面。
[0004]多级孔材料的合成往往是不同合成方法的结合，这就决定了多级孔材料合成中普遍存在合成体系复杂，影响因素繁多，成本较高，操作繁琐等诸多问题。有鉴于此，使用纤维素作为模版可降低合成成本，加强模板与前驱体作用，简化操作程序，开发简单高效的多级孔材料合成路线具有重要现实意义。
[0005]将多级孔材料与高选择性配体结合产生的纳米结构复合吸附材料的开发应用是最具吸引力的研究之一。其主要有一下的两方面优点:一方面利用多级孔材料高容量的吸附性质，提高材料的吸附容量。另一方面，将高选择性配体嫁接到多级孔材料表面，利用高选择性配体对磷酸根离子的选择性作用提高多级孔材料对磷酸根离子吸附选择性差的缺陷，制备得到纳米结构复合吸附材料满足了吸附材料的高选择，高磷酸根容量的需求，已经成为当前吸附分离等领域的研究热点。
【发明内容】
[0006]本发明是以硝酸镧和硝酸铁为配体原料对多级孔材料进行改性及选择性吸废水中的磷酸根离子的应用，该复合改性材料对磷酸根离子有选择性的吸附性质和较高的吸附容量并具有较好的分离性能。
[0007]本发明的技术方案是:
[0008]—种纳米结构复合磁性吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0009](I)向圆底烧瓶中加入去离子水和乙醇共60ml，其中，去离子水与乙醇溶液的体积比为1.5:1?2.5:1，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB) 25?35mg，30°C水浴下搅拌至CTAB呈胶束状态，再加入氨水400?600ul，加入0.5wt%纤维素纳米晶水溶液3.5-4.5ml，1min后加入硅酸四乙酯80?120ul，继续30°C水浴2h ；
[0010](2)待步骤⑴反应结束，抽滤，用去离子水和乙醇洗涤三遍，取出放置于60°C烘箱中蒸干，1-20C /min的升温速率升温至530_550°C煅烧6h，得到多级孔纳米材料；
[0011](3)将步骤(2)得到的多级孔纳米材料置于乙醇中，加入六合水硝酸镧晶体和九合水硝酸铁，硅镧铁的摩尔比为1:5:5，在60°(:下水浴搅拌8-1211，烘干，以2-31€ /min的升温速率升温至680-720°C煅烧6h，得到纳米结构复合磁性吸附材料。
[0012]优选地，步骤(I)中去离子水与乙醇溶液的体积比为2:1。
[0013]优选地，CTAB的量为30mg，氨水的量为500ul，0.5%纤维素纳米晶水溶液的量为4ml，硅酸四乙酯的量为10ul。
[0014]优选地，步骤(2)中煅烧的温度为540°C。
[0015]优选地，步骤(3)中水浴搅拌时间为12h，煅烧的温度为700 °C。
[0016]所述制备方法所制备的纳米结构复合磁性吸附材料，用于磷酸根离子的分离吸附。
[0017]本发明的有益效果:
[0018](I)采用纤维素纳米晶和CTAB作为双模版制备出的高比表面的纳米结构复合磁性吸附材料，极大地提高了材料的吸附容量，且制备过程简单易操作。
[0019](2)使用硝酸镧作为配体，与其他价格高昂的配体相比，极大地降低了材料的生产成本。
[0020](3)利用本发明获得的纳米结构复合磁性吸附材料可以对几种重磷酸根离子进行高效的、高选择性吸附分离。
【附图说明】
[0021]图1为本发明所述制备方法制得的纳米结构复合磁性吸附材料的透射电镜图。
[0022]图2为本发明所述制备方法制得的纳米结构复合磁性吸附材料扫描电镜图。
[0023]图3为本发明所述制备方法制得的纳米结构复合磁性吸附材料的FTIR图谱。
[0024]图4为本发明所述制备方法制得的纳米结构复合磁性吸附材料对磷酸根离子的吸附实验图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
[0026]实施例1:
[0027](I)向圆底烧瓶中加入40ml去离子水、20ml乙醇溶液、30mg十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，30°C水浴中恒温并搅拌至CTAB呈胶束状态，再加入氨水500ul，加入0.5被％纤维素纳米晶4ml，1min后加入硅酸四乙酯lOOul，继续在30°C水浴恒温2h。
[0028](2)待步骤⑴反应结束，抽滤，用去离子水和乙醇洗涤三遍，取出放置于60°C烘箱中蒸干，2°C /min的升温速率升温至530°C煅烧6h，得到多级孔纳米材料；
[0029](3)将步骤(2)得到的多级孔纳米材料置于乙醇中，加入六合水硝酸镧晶体和九合水硝酸铁，使硅镧铁的摩尔比为1:5: 5，在60°C下水浴中恒温并搅拌8h，烘干，以2°C /min的升温速率升温至680°C煅烧6h,得到纳米结构复合磁性吸附材料。
[0030]采用透射电镜、扫描电镜对所制得纳米结构复合磁性吸附材料的结构进行表征，图1为纳米结构复合磁性吸附材料透射电镜图，图1中显示出明显有序多级孔道结构和孔道内参杂的物质。图2为纳米结构复合磁性吸附材料扫描电镜图，图2中显示出明显有序多级孔结构。
[0031]图3为多级孔材料的FTIR图谱，图中1124cm 1和3423cm 1波数处分别为S1-O-Si不对称伸缩振动，S1-OH伸缩振动。表明在羟基反应中可将镧元素和铁元素嫁接到孔道上。
[0032]为了验证制备的纳米结构复合磁性吸附材料对磷酸根离子的分离吸附性能，取磷酸根离子配置成一系列不同浓度的含磷水溶液配置成标准储备液。将所配置的标准储备液加入1mL比色管中，取1mg纳米结构复合磁性吸附材料分别加入1mL比色管中，在25°C震荡均匀，使用电感耦合等离子体发色光谱法测剩余磷酸根离子浓度。测试结果如图4所示。结果表明，纳米结构复合磁性吸附材料对PO4 3离子的吸附容量达到14.4mg(P)/g，即具有很高的吸附容量，可用于对磷酸根离子的吸附回收。
[0033]实施例2:
[0034](I)向圆底烧瓶中加入36ml去离子水，24ml乙醇溶液，25mg十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，30°C水浴中恒温并搅拌至CTAB呈胶束状态，再加入氨水400ul，加入0.5被％纤维素纳米晶3.5ml，1min后加入硅酸四乙酯80ul，继续30°C水浴2h。
[0035](2)待步骤⑴反应结束，抽滤，用去离子水和乙醇洗涤三遍，取出放置于60°C烘箱中蒸干，2°C /min的升温速率升温至550°C煅烧6h，得到多级孔纳米材料；
[0036](3)将步骤(2)得到的多级孔纳米材料置于乙醇中，加入六合水硝酸镧晶体和九合水硝酸铁，硅镧铁的摩尔比为1:5: 5，在60°C下水浴搅拌，烘干，以2°C /min的升温速率升温至700°C煅烧6h，得到纳米结构复合磁性吸附材料。
[0037]实施例3:
[0038](I)向圆底烧瓶中加入43ml去离子水，17ml乙醇溶液，35mg十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，30°C水浴中恒温并搅拌至CTAB呈胶束状态，再加入氨水600ul，加入0.5被％纤维素纳米晶4.5ml，1min后加入硅酸四乙酯120ul，继续30°C水浴2h。
[0039](2)待步骤⑴反应结束，抽滤，用去离子水和乙醇洗涤三遍，取出放置于60°C烘箱中蒸干，10C /min的升温速率升温至570°C煅烧6h，得到多级孔纳米材料。
[0040](3)将步骤(2)得到的多级孔纳米材料置于乙醇中，加入六合水硝酸镧晶体和九合水硝酸铁，硅镧铁的摩尔比为1:5: 5，在60°C下水浴搅拌，烘干，以3°C /min的升温速率升温至720°C煅烧6h，得到纳米结构复合磁性吸附材料。
[0041]所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种纳米结构复合磁性吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)向圆底烧瓶中加入去离子水和乙醇共60ml，其中，去离子水与乙醇溶液的体积比为1.5:1?2.5:1，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB) 25?35mg，30°C水浴下搅拌至CTAB呈胶束状态，再加入氨水400?600ul，加入0.5wt%纤维素纳米晶水溶液3.5-4.5ml，1min后加入硅酸四乙酯80?120ul，继续30°C水浴2h。 (2)待步骤(I)反应结束，抽滤，用去离子水和乙醇洗涤三遍，取出放置于60°C烘箱中蒸干，1-20C /min的升温速率升温至530_550°C煅烧6h，得到多级孔纳米材料； (3)将步骤(2)得到的多级孔纳米材料置于乙醇中，加入六合水硝酸镧晶体和九合水硝酸铁，硅镧铁的摩尔比为1:5:5，在60°(:下水浴搅拌8-1211，烘干，以2-31€ /min的升温速率升温至680-720°C煅烧6h，得到纳米结构复合磁性吸附材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(I)中去离子水与乙醇溶液的体积比为2:1。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，CTAB的量为30mg，氨水的量为500ul，0.5%纤维素纳米晶水溶液的量为4ml，硅酸四乙酯的量为10ul。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中煅烧的温度为540°C。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤⑶中水浴搅拌时间为12h，煅烧的温度为700 °C。6.根据权利要求1所述制备方法所制备的纳米结构复合磁性吸附材料，用于磷酸根离子的分离吸附。
【专利摘要】本发明提供了一种纳米结构复合磁性吸附材料的制备方法及其应用，本发明以硝酸镧和硝酸铁为改性配体，高比表面多级孔材料为支撑材料，制备纳米结构复合磁性吸附材料。选择性对废水中的磷酸根离子的吸附分离，并具有良好的磁性便与回收。结果表明利用本发明获得的改性介孔硅材料有优越的磷酸根离子选择性吸附性能和易回收性能。
【IPC分类】B01J20/28, B01J20/30, B01J20/24, C02F1/28
【公开号】CN105170100
【申请号】
【发明人】郑旭东, 汪纯, 刘恩利, 潘建明, 闫永胜
【申请人】江苏大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年7月15日