[发明专利]一种功能化磁性碳质材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种功能化磁性碳质材料，其特征在于：磁性纳米粒子与活性炭表面共价结合，氨基等特定官能团的硅烷偶联剂通过硅烷化反应修饰在磁性碳质材料表面。

2.根据权利要求1所述的功能化磁性碳质材料，其特征在于：所述功能化磁性碳质材料的活性碳(AC)和四氧化三铁(Fe3O4)质量比为1:0.25。

3.权利要求1所述功能化磁性碳质材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)在表面活性剂作用下，磁性纳米粒子通过共沉淀法合成并与碳质材料表面共价结合；(2)在醇水混合溶剂以及催化剂作用下，二氧化硅前驱体水解出的硅醇键与磁性碳质材料表面的羟基及硅醇键自身发生缩聚反应；(3)含特定官能团的硅烷偶联剂通过硅烷化反应修饰在磁性碳质材料表面；(4)调节磁性纳米粒子与碳质材料不同质量比通过溶胶凝胶法得到表面官能团修饰含量高，能快速从废水中磁分离的新型复合材料。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

(1)将0.2～3.0g三价铁盐和0.1～2.0g二价铁盐溶解于去离子水中，加入表面活性剂和0.5～1.0g活性碳，超声分散得到混合溶液；

(2)混合溶液在流速为50～300mL/min的N₂保护下升温至40～80℃，滴加5～10mL氨水使体系pH为8～12，在300～600r/min转速下持续搅拌1～3小时得到黑色固体；

(3)将制得的磁性活性碳载体加入到100～200mL醇水混合溶液中，在碱性条件下依次加入1～3mL二氧化硅前驱体和0.2～1mL带特定官能团的硅烷偶联剂，10～50℃下反应3～8小时后，用磁分离方法分离产物，得到官能团修饰的磁性活性碳复合材料；

(4)通过调节活性碳(AC)和四氧化三铁(Fe₃O₄)的质量百分比制得不同分散性能和磁性能的磁性活性碳载体(AC/Fe₃O₄)，进而得到成品。

5.根据权利要求4所述的功能化磁性碳质材料的制备方法，其特征在于：所用三价铁盐和二价铁盐的摩尔浓度比为Fe³⁺:Fe²⁺＝1.5～2:1。

6.根据权利要求4所述的功能化磁性碳质材料的制备方法，其特征在于：所用表面活性剂为非离子型，表面活性剂在反应混合液中的体积分数为40-70％；磁性活性碳的分散介质为醇水混合溶剂，醇水体积比V_醇：V_水＝14～4:1。

7.根据权利要求4所述的功能化磁性碳质材料的制备方法，其特征在于：制备过程中活性碳和四氧化三铁的质量百分比分别为：活性碳(AC)＝50-90％，四氧化三铁(Fe₃O₄)＝10-50％。

8.根据权利要求4所述的功能化磁性碳质材料的制备方法，其特征在于：制备过程中活性碳(AC)和四氧化三铁(Fe₃O₄)的质量百分比比例为：80:20。

9.根据权利要求4所述的功能化磁性碳质材料的制备方法，其特征在于：所使用的二氧化硅前驱体是能水解出硅醇键并缩聚成二氧化硅的化合物；所使用的硅烷偶联剂一端含有烷氧基硅烷、二烷氧基硅烷或三烷氧基硅烷，另一端为带有氨基等特定官能团的有机烷烃链，二氧化硅前驱体与硅烷偶联剂的体积百分比比例为：80:20。

10.权利要求1或2所述的功能化磁性碳质材料在选择性吸附去除含Pb(II)废水中的应用。