[发明专利]咪唑功能化磁性介孔硅及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料及放射性核素吸附分离技术领域，具体涉及一种咪唑功能化磁性介孔硅及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，传统能源消耗加快、气候变化问题日益凸显，世界民用核能的发展势在必行。随着核能的不断发展，放射性废水的处理日益受到各国的重视。在研究有关含铀废水的治理方面，近些年发展的新分离富集技术主要有浮选、毛细管电泳、吸附分离和萃取四类。在这四种方法中吸附分离有着其不可替代的优势：操作简单、成本较低以及较高的处理效率、对环境污染少、吸附剂可以再生并重复使用等。

硅基介孔材料由于比表面积大，表面易修饰等特性使其在放射性废物吸附方面具有很大的优势。但由于其尺寸较小，从液相体系中分离出来比较困难。将介孔材料与磁性材料复合，可简便高效地利用外加磁场对液相体系中的介孔材料进行分离。近年来，已有不少研究者把磁性纳米粒子与介孔材料通过一系列的方法结合起来，制备出多功能的磁性介孔材料。有利用自组装手段制备了多功能磁性介孔材料用来吸附检测水溶液中的Hg2+。也有研究制备了高度有序的磁性介孔硅应用于微囊藻素的吸附分离，研究者发现该材料能在60秒内对不同类型的微囊藻素的去除率达95％以上。在材料上设计接枝合适的功能团来提高对金属离子的选择性吸附也是近年对铀吸附富集和分离的研究热点。还有研究在磁性纳米颗粒上接枝一系列含O、S、N等不同功能团对放射性废水中锕系元素的吸附分离，研究者发现特定功能化的磁性纳米颗粒能高效分离核废液中的锕系元素。

现有技术中的介孔材料作为放射性核素吸附剂存在难回收再利用的问题。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种作为放射性核素吸附剂易于回收再利用的咪唑功能化磁性介孔硅。

本发明还提供咪唑功能化磁性介孔硅的制备方法及其在放射性核素吸附分离方面的应用。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

本发明提供一种咪唑功能化磁性介孔硅的制备方法，包括以下步骤：

(1)以磁性四氧化三铁纳米颗粒为核，利用溶胶-凝胶法，采用硅源前驱体水解，在磁性四氧化三铁纳米颗粒表面包覆一层无定形二氧化硅；

(2)再利用溶胶-凝胶法，在包裹了无定形硅的磁性纳米颗粒表面自组装一层复合外壳，得到磁性介孔硅；所述复合外壳由表面活性剂和二氧化硅组成；

(3)煅烧磁性介孔硅，除去磁性介孔硅中的表面活性剂，得到以介孔结构二氧化硅为外壳的球形磁性复合材料；

(4)最后将球形磁性复合材料用后接法接枝咪唑功能基团，即得到咪唑功能化的磁性介孔硅。

本发明还提供一种咪唑功能化磁性介孔硅，按照上述的制备方法制备得到。

本发明又提供一种上述的咪唑功能化磁性介孔硅在放射性核素吸附分离方面的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的新型功能化磁性介孔硅复合材料，与传统的介孔硅材料相比，既具有磁性材料的优点也保留了介孔硅材料的优势。有序的介孔结构，高比表面，较强的磁响应强度，使得其在催化和吸附等相关领域有潜在的应用价值。

本发明的咪唑功能化磁性介孔硅应用在吸附放射性核素方面，其作为吸附剂的优势为：材料具有有序的介孔结构，后接的咪唑功能基团能与吸附质络合促进其选择性吸附，并能在一定程度上提高其吸附容量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的咪唑功能化磁性介孔硅的扫描电镜图；

图2为本发明实施例1的咪唑功能化磁性介孔硅的小角XRD图；

图3为本发明实施例1的咪唑功能化磁性介孔硅的氮气吸附图；

图4为本发明实施例2的咪唑功能化磁性介孔硅与磁性介孔硅对铀酰离子的吸附容量随pH值的变化关系图；

图5为本发明实施例2的咪唑功能化磁性介孔硅与磁性介孔硅对铀酰离子的吸附容量随初始铀酰溶液浓度值的变化关系图；