[发明专利]一种pH敏感包覆型纳米四氧化三铁及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米技术领域以及催化领域，尤其是一种pH敏感包覆型纳米四氧化三铁及其制备方法。

背景技术

近年来磁性纳米四氧化三铁应用于催化环境污染物降解的研究已经成为一个新的热点，纳米四氧化三铁与普通四氧化三铁相比，具有粒径小，比表面积大，表面能大的特点。最近的一些研究也发现其具有类似于过氧化物酶的特性，可取代二价铁离子进行Fenton反应，不仅表现出高催化活性，而且具有pH适用范围广、减少铁泥生成、降低二次污染的优势。

磁性胶体悬浮液的稳定性对其应用非常重要，不稳定性成为影响纳米催化剂性能的主要因素，如果能够有效提高纳米材料分散稳定性，则能确保其高催化活性，充分发挥纳米材料的一系列优势。因此对磁性纳米氧化铁材料进行表面修饰，提高其催化能力具有重要的实际应用价值，由于pH是影响Fenton反应效率的最主要因素，本研究寻找一种环境友好的pH敏感性聚合物对纳米氧化铁材料进行修饰稳定。通过一步法合成包覆和交联接枝获得的该pH敏感包覆型纳米四氧化三铁具有的主要的特征是：在催化反应适宜的pH条件下表面聚合物链发生刺激反应性溶胀，既提高纳米粒子催化剂的分散性，又保持其表面的通透性，强化传质和吸附催化反应，在催化降解反应结束后改变溶液体系pH，膜层聚合物链发生可逆性收缩，密集的聚集到颗粒表面，保护催化中心，反应溶液流经外加磁场时聚集的磁性复合颗粒能被快速分离收集，有利于催化剂的回收利用，降低成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种pH敏感包覆型纳米四氧化三铁催化剂及其制备方法，该方法可将纳米粒子的生成、聚合物的包覆在一个体系中一次性实现。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种pH敏感包覆型纳米四氧化三铁，该pH敏感包覆型纳米四氧化三铁是以纳米四氧化三铁粒子为核心，在其表面包覆有羧甲基纤维素钠，羧甲基纤维素钠通过交联剂N，N’—亚甲基双丙烯酞胺接枝交联丙烯酸。

该pH敏感包覆型纳米四氧化三铁的制备方法包括以下步骤：

配制质量浓度为10-12g/L的羧甲基纤维素钠溶液，中和度为50-90%的丙烯酸溶液，物质的量浓度均为0.12mol/L的FeSO₄·7H₂O溶液和FeCl₃·6H₂O溶液；

 取FeSO₄·7H₂O溶液和FeCl₃·6H₂O溶液按体积比1:1的比例配成混合铁溶液，将混合铁溶液和羧甲基纤维素钠溶液按体积比1:1-3:1的比例置于三口烧瓶中形成混合溶液，向混合溶液中通入高纯氮气30min；

保持无氧环境，将质量浓度为 2.5%的氨水滴加到剧烈搅拌的混合溶液中，氨水和混合溶液的体积比为1:2，滴加完毕后继续搅拌陈化反应40min；

向混合溶液中滴加丙烯酸溶液，丙烯酸溶液和混合溶液的体积比为1:10，加入浓度为0.54g/L的N，N’—亚甲基双丙烯酞胺，N，N’—亚甲基双丙烯酞胺与混合溶液的体积比为1:40，反应15min后，加入浓度为2.12g/L的硝酸铈铵，硝酸铈铵与混合溶液的体积比为1:40，继续反应15min得到反应产物；

⑸反应产物经脱氧去离子水及乙醇各洗涤3次；

⑹将洗涤后的反应产物隔氧在100℃ 下加热烘干，得到pH敏感包覆型纳米四氧化三铁。

本发明的优点和有益效果是：

1.本发明所需设备简单、工艺简便，将纳米材料制备与pH敏感聚合物的合成过程相结合，开发出一种新型的pH敏感聚合物包覆的纳米磁性催化材料。

2.通过进行表面包覆，纳米四氧化三铁表面得到了改性。在一定的pH条件下表面聚合物链发生刺激反应性溶胀，既提高纳米粒子催化剂的分散性，又保持其表面的通透性，强化传质和吸附催化反应；在催化降解反应结束后改变溶液体系pH，膜层聚合物链收缩，密集的聚集到颗粒表面，保护催化中心，反应溶液流经外加磁场时聚集的磁性复合颗粒能被快速分离收集，有利于催化剂的回收利用，降低成本。

3.该pH敏感包覆型纳米四氧化三铁具有的主要的特征是：当pH为2-12时表面聚合物链发生刺激反应性溶胀，既提高纳米粒子催化剂的分散性，又保持其表面的通透性，强化传质和吸附催化反应。当pH大于12或者小于2时，表明的聚合物收缩，有利于纳米材料的回收。

附图说明

图1 为本发明pH敏感包覆型纳米四氧化三铁的TEM照片；