[发明专利]磁性亚微米复合核壳颗粒及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及亚微米材料领域，具体涉及一种具有三层核壳结构的磁性亚微米复合核壳颗粒及其制备方法和应用。

背景技术

重金属污染已经成为世界范围内的一大亟待解决的环境问题。它们的污染无处不在，已经遍及水、大气和土壤圈层。而重金属却是多重工业企业运行过程中的一个必然产物，如化学制造业、石油行业、化石燃料燃烧、采矿业、冶金业、核工业等，不能做到从源头上的绝对禁止。而重金属的污染却能对人类及各种生物构成极大地危害，过量的重金属元素会引起肾、脑、血液、肝脏、中枢神经系统、消化系统和神经系统等的损伤。另外，环境中重金属的释放不仅会引起严重的健康问题，还会造成资源的严重浪费。目前已经报道有很多种吸附材料，如聚合物吸附，生物大分子吸附，活性炭吸附，电化学吸附等。尽管这些材料具有优异的重金属离子吸附特性，然而由于在吸附后材料不方便回收，很容易对环境造成二次污染，因此其应用在很大程度上受到了限制。目前含有Fe、Co、Ni等磁性的单体、氧化物或它们的复合物，复合氧化物亚微米粒子具有巨磁阻抗效应或超顺磁性，在化工、机械、电子、印刷以及医学等行业得到了广泛应用，最近在环保领域也表现了很好的应用前景。如Fe₃O₄/HA(腐殖酸)纳米材料用于吸附重金属离子(Environ.Sci.Technol.，2008，42，6949-6954)，但是这些颗粒在环境中不太稳定，因为Fe₃O₄容易被强酸强碱腐蚀或者被氧化。

最近，颗粒表面包覆改性已经成为新材料界面和表面科学领域的研究焦点，这是源于它们拥有众多独特的性质，例如：单分散性、核壳的可操作性、稳定性、可调控性、自组装和涉及光、电、磁、催化、化学和生物反应的能力，因此，通过合理的设计制备工艺条件，可以在很大程度上对复合亚微米材料的许多性质加以调控。近几年SiO₂包覆层引起了人们的关注。它具有两个突出的优点：(1)SiO₂具有很好的物理、化学稳定性，且可应用于有机、无机溶液，不易发生溶胀变形；(2)表面具有丰富的羟基，能提供很好的成键能力，表面易功能化。

目前对于重金属离子的去除还没有有效的吸附材料，以铟离子为例，中国专利ZL200580030282.9中公开的阴离子交换树脂工艺较为复杂，而且去除效率不高；而中国专利ZL200610046162.4中的铟离子吸附量较低(20℃下为1.4mg/g)，并且吸附以后材料不能快速回收，易造成二次污染及吸附材料的浪费。另外许昭怡等人在中国专利申请CN200810154961.2中提出了一种胺基修饰的Fe₃O₄SiO₂复合微粒用于处理水体中重金属离子的方法，但是该方法的一些缺点也是显而易见的：(1)所得的颗粒尺寸极小，容易产生团聚现象；(2)颗粒饱和磁化强度低，在回收时需要较高的磁场克服布朗运动；(3)制备过程中采用苯等有机溶剂，污染环境；(4)颗粒的表面氨基含量较少，离子去除率不高。因此开发更加高效的去除铟、砷等重金属离子是非常有必要的。苯胺衍生物、噻吩等材料是一类含有硫、氮原子的的材料，这些原子具有孤对电子，容易与金属离子形成螯合物，从而达到很好的去除金属离子的目的，而且制备简单，廉价易得，但目前此类材料用于吸附铟、砷等重金属离子的报道很少。因此研究苯胺衍生物，噻吩等材料作为吸附金属离子具有一定的实用价值和科研价值。

发明内容

本发明提供了一种具有三层核壳结构的磁性亚微米复合核壳颗粒，解决了现有重金属离子吸附材料吸附效率低，成本高，存在二次污染等问题。

本发明还提供了一种磁性亚微米复合核壳颗粒的制备方法，该方法操作简单，易于控制。

一种磁性亚微米复合核壳颗粒，是以粒径为80nm-800nm的Fe₃O₄颗粒为磁性内核、以非晶态SiO₂为中间壳层和以具有吸附重金属性能的物质为外层壳层的磁性亚微米复合核壳颗粒。

采用的由80nm-800nm组成的较大颗粒比原始的小颗粒具有更高的饱和磁化强度，有利于在较低的磁场下就可以快速有效回收，同时有利于后续的表面紧密包覆的进行，避免了形成大量长链的高分子中简单穿插或嵌入磁性小颗粒的产物引起材料的不稳定或者磁性回收的不便。

为了达到更好的发明效果，优选：

所述的磁性内核选用分散均匀的Fe₃O₄多晶球簇颗粒。