[发明专利]一种铁磁性离子交换材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铁磁性离子交换材料及其制备方法，属于新型复合材料技术领域。

背景技术

磁性纳米材料作为一种新兴的功能材料，越来越引起人们的注意。磁性Fe₃O₄纳米材料作为磁性纳米材料的一种，由于具有良好的磁性和表面活性，在生物、医学、催化、分离、环境保护、污水处理等领域有着广泛的应用。

虽然磁性纳米零价铁、四氧化三铁已达到纳米尺寸，但通常其粒径分布较宽，而且表面裸露，化学性质活泼，在空气中极易氧化，又由于磁性吸引和范德华力的作用，极易发生团聚及聚沉现象，使磁性材料失去单畴磁极、可分散性或者失去纳米材料特有的性质。所以，对其进行表面包覆改性，以改善粒子的分散性与稳定性，并使之得到更广泛的应用显得尤为重要。

离子交换材料是一种高效的离子交换吸附材料，被科技界、产业界称之为二十一世纪的功能材料，是一类新型环境意识材料。在废水处理、环境保护、重金属离子去除、湿法冶金、生物医学工程、电子工业，尤其是治理废气、废水和分离纯化、回收物质再资源化等方面有着显著的效果。但是使用后材料的分离回收较困难。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足而提供一种铁磁性离子交换材料及其制备方法，可将铁磁性粒子的磁性与阳离子交换材料的分离特性相结合，使两者协同增效，制备出纳米级铁磁性阳离子交换材料。

本发明采取的技术方案为：

一种铁磁性离子交换材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)在惰性气体保护下向氯化铁溶液的油包水微乳液中缓慢加入强还原剂并强力搅拌反应至沉淀完全，洗涤沉淀得到纳米零价铁磁性粒子；或者在惰性气体保护下向氯化亚铁溶液与三氯化铁溶液的混合溶液中缓慢加入氨水并强力搅拌反应至沉淀完全，洗涤沉淀得到纳米级四氧化三铁磁性粒子；

(2)将步骤(1)得到的纳米零价铁磁性粒子或纳米级四氧化三铁磁性粒子加入乙醇、去离子水和硅烷偶联剂，在惰性气体保护下搅拌反应1-4小时，分离得硅烷偶联剂修饰的纳米铁磁性粒子；

(3)向硅烷偶联剂修饰的纳米铁磁性粒子中加入Na₂SiO₃溶液，在惰性气体保护下边搅拌边加热至50-80℃，然后边搅拌边滴加盐酸溶液至pH＝7±1，分离得SiO₂包裹改性纳米铁磁性粒子；

(4)向SiO₂包裹改性纳米铁磁性粒子中加入ClCH₂COOH溶液与Na₂CO₃溶液，在惰性气体保护下50～60℃的温度下搅拌反应1-4小时，分离得铁磁性离子交换材料。

上述步骤(1)中所述的氯化铁溶液的油包水微乳液是由氯化铁溶液与异辛醇、表面活性剂组成，氯化铁溶液与异辛醇的体积比为1∶5-7，表面活性剂的用量为异辛醇质量的20-30％，氯化铁溶液浓度为0.1-0.3mol/L；所述的强还原剂为硼氢化钠、硼氢化钾等，强还原剂与氯化铁的物质的量之比为3∶1。

步骤(1)中所述的氯化亚铁溶液与三氯化铁溶液混合物中氯化亚铁与三氯化铁两者物质的量之比为1∶1.1，氯化亚铁溶液或三氯化铁溶液浓度为0.1-0.3mol/L；所述的氨水的浓度1.5-2.0mol/L，加入量是使混合溶液pH＝8后再继续滴加10mL。所述的强力搅拌速度均为300-500rpm。

上述步骤(2)中所述的乙醇、去离子水、硅烷偶联剂和步骤(1)得到的铁磁性粒子体系中，乙醇与去离子水体积比为18∶1；硅烷偶联剂的量占体系质量的2-4％；硅烷偶联剂与步骤(1)得到的铁磁性粒子的质量比例为8-10∶1；所述的硅烷偶联剂为KH550。

上述步骤(3)中Na₂SiO₃溶液的浓度范围0.1-0.2mol/L；每0.1克硅烷偶联剂修饰的纳米铁磁性粒子用100mLNa₂SiO₃溶液；盐酸溶液浓度范围1-2mol/L。

上述步骤(4)中ClCH₂COOH溶液的浓度为0.1-0.2mol/L；Na₂CO₃溶液的浓度范围0.1-0.2mol/L；每0.1克SiO₂包裹改性纳米铁磁性粒子用100m L ClCH₂COOH溶液和100m L Na₂CO₃溶液。