[发明专利]一种磁性高岭石/壳聚糖复合材料的水热液相制备方法

说明书

技术领域

本发明属于磁性黏土复合吸附材料领域，具体涉及一种磁性高岭石/壳聚糖复合材料的水热液相制备方法。

背景技术

高岭石属于高岭石亚族，是典型的1:1 型二八面体层状硅酸盐。高岭石的基本晶层单元是由一层硅氧四面体[SiO₄]和一层铝氧八面体[AlO₂(OH)₄]通过共同的氧连接成，每个晶层单元四面体中的氧原子与相邻晶层单元的八面体羟基形成氢键，单元层与单元层间通过氢键及范德华力连接，这种结构特点就决定了它在垂直层面方向上有可膨胀性和较大的内、外表面积，使其具有较大的层间距，因而对水中的重金属阳离子有一定的吸附性。高岭石矿物具有较大的比表面积、较强的表面活性和吸附性能、较高的阳离子交换性能、以及廉价易得等优点，作为新型矿物吸附材料被广泛应用。然而，由于高岭石层间阳离子水解，其吸附性受到限制，并且吸附物质之后分离效果不佳，限制了高岭石在水处理中的应用。因此，要发挥高岭石更多功能性的作用，必须利用高岭石的特性对其加以复合改性。

壳聚糖分子中含有羟基、氨基等活性基团，可作为重金属配位体螯合去除水中的重金属离子，并且天然、无毒无害、可生物降解，与环境有很好的相容性，作为水处理剂，具有绿色环保的特性，不会造成二次污染，在水处理方面可以用来制备高效低毒的多功能复合吸附剂。为解决黏土矿物复合吸附材料在吸附过程中难以固液分离的问题，选取磁性粒子和高岭石相结合成磁性高岭石，采用天然高分子壳聚糖(CS)对磁性高岭石进行改性复合，以解决吸附剂难于从反应体系中分离、回收、再利用等难题，降低吸附材料成本。以期实现系列磁性高岭石多功能型复合材料，为磁性高岭石吸附材料性能提供新思路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁性高岭石/壳聚糖复合材料的水热液相制备方法，本发明的复合材料在常温下制备，反应条件温和，工艺简单，制备过程易控制，且价格低廉；所得材料结晶性好、纯度高；平均粒径为22.5nm；高岭石成功负载了纳米四氧化三铁和壳聚糖微粒。该复合材料用于吸附和磁分离研究，具有良好吸附能力；在磁场下具有较高的磁分离性，既保持了高岭石/壳聚糖良好的吸附效率，且提高了对吸附剂的重复利用率；同时还实现了对壳聚糖的固载化，在一定程度上解决了高岭石/壳聚糖作为吸附剂应用分离回收困难的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种磁性高岭石/壳聚糖复合材料的制备方法是采用水热液相制备方法，基于高岭石自身独特的层状结构，且具有阳离子交换性，以及四氧化三铁负载或柱撑在高岭石表面或层间，形成磁性高岭石。壳聚糖（由浙江金壳生物化学品有限公司提供）在弱酸性溶液中呈正电性，因此可通过阳离子交换的方法将天然聚阳离子高分子壳聚糖插入到高岭石的层间中，得到一种新的复合吸附材料。制备过程包括以下步骤：

（1）    四氧化三铁与盐酸在氮气的保护下制备磁性四氧化三铁；反应方程式如下：

Fe₃O₄ + 8HCl → FeCl₂ + 2FeCl₃ + 4H₂O

Fe²⁺+ 2Fe³⁺+ 8OH^- → Fe₃O₄ + 4H₂O

在氮气保护下，在四氧化三铁中加入适量吐温-80，在剧烈搅拌下缓慢滴加氨水，pH 维持在9左右时，有大量的黑色沉淀产生，再继续搅拌15 min，然后将水浴锅的温度升至80℃陈化3 h，反应结束后，室温静置沉淀24 h。将含有沉淀的烧杯放在永磁体上以加速沉降，弃去上清液，用蒸馏水将沉淀物反复洗涤3次，再将反应物分散于蒸馏水中，然后在超声作用下进行磁分离提纯，离心，得泥糊状Fe₃O₄纳米粒子。在30℃真空干燥24 h，制得粉末状Fe₃O₄纳米粒子。制备Fe₃O₄时亚铁盐(Fe²⁺ )和铁盐(Fe³⁺)的理论量比为0.5。在实际操作中需适当增大Fe²⁺的量来抵消Fe²⁺ 的氧化损失。