[发明专利]一种酪氨酸改性的四氧化三铁磁性纳米吸附材料及其制备方法和应用

说明书

一种酪氨酸改性的四氧化三铁磁性纳米吸附材料及其制备方法和应用，属于废水处理领域。本发明中的酪氨酸改性的四氧化三铁磁性纳米吸附材料(分子式如下)具有比表面积大、饱和磁化率高、吸附容量大等优点，由于酪氨酸的引入，使磁性材料的结构中同时包含酰胺基和羧基，因此在适宜的pH条件下，该材料可以有效去除阴离子染料(如甲基橙)和阳离子染料(如亚甲基蓝)。本发明提供的酪氨酸改性的四氧化三铁磁性纳米吸附材料的制备方法，条件温和，工艺简单，生产周期较短，易于实现规模化工业生产。产品的饱和磁化强度高达49.06emu/g，处理染料废水后，通过外加磁场，可以快速回收吸附材料，并循环使用，具有较高的应用前景。

技术领域

本发明属于废水处理领域，涉及利用一种吸附材料同时去除废水中的阳离子和阴离 子染料的方法，特别是涉及一种酪氨酸改性的四氧化三铁磁性纳米吸附材料的制备方法 及其在去除废水中阳离子染料亚甲基蓝和阴离子染料甲基橙中的应用。

背景技术

近些年，由于纸张、塑料、纺织、食品及化妆品等相关企业排放染料废水导致的环境污染问题日益严重。大多数染料进入环境水域后难以自然降解，使受污染水域色度增加，进而造成进入水域的光线量减少，影响水生动植物的正常生命活动，破坏水域的生 态平衡，通过食物链还会引起人类肾脏功能障碍，对人类生殖系统、肝、脑和中枢神经 系统等造成巨大损害。

常用的处理染料废水的方法包括，离子交换法、电解法、沉淀法、吸附法及膜分离法等。其中，吸附法因其具备成本低、去除效率高、操作简单、环境友好等优点而备受 关注。该方法中吸附材料的选择与开发是影响吸附效率的关键因素之一。

目前，已有多种物质被用作吸附材料，如活性炭、硅胶、无机金属氧化物及聚合物等，然而，这些材料普遍存在成本高、合成工艺复杂或吸附容量低等问题。与普通材料 相比，纳米材料具有更大的比表面积，因而相对于一般吸附材料有更大的吸附容量，是 一种较为理想的处理染料废水的吸附材料，然而，由于粒径为纳米级，这类材料在对染 料废水进行吸附处理后，很难有效快速地从水体中分离。近年来，新型磁性纳米材料的 开发为纳米材料在染料废水处理方面的应用提供了便利，磁性纳米材料作为吸附剂具备 以下三方面突出的优点：(1)磁性分离技术解决了纳米材料固液分离困难的问题，极大 地提高了大体积环境水样的处理速度；(2)纳米材料比表面积大的特点使吸附容量得到 了显著提高，吸附剂用量大大减少；(3)磁性纳米材料制备成本低廉，其特有的超顺磁 性为吸附剂的重复使用提供了很大的便利，避免了吸附材料的浪费和对环境造成二次污 染。因此，磁性纳米材料在染料废水处理方面具有广阔的应用前景。

Fe₃O₄是最常见的磁性材料之一。目前，大多数报道的制备磁性纳米吸附材料的方法是首先制备出Fe₃O₄纳米粒子，然后将某种物质包覆于Fe₃O₄纳米粒子的表面，最后 再进行表面功能化修饰，以增强磁性纳米材料的吸附能力。常见的包覆材料有二氧化硅、 壳聚糖、碳材料、聚合物等。然而，无论是哪种包覆材料，都不可避免的降低了Fe₃O₄磁性纳米材料的磁响应性，影响磁分离的速度和效率，并且使合成工艺复杂化。综上所 述，利用简单便捷的合成方法，对Fe₃O₄纳米粒子进行修饰，制备出具有高吸附容量和 高磁化强度的磁性纳米吸附材料是目前亟待解决的问题。

经检索，利用一步法制备羧基化Fe₃O₄纳米粒子，之后用酪氨酸对其进行功能化修饰，并利用这种酪氨酸改性的磁性纳米材料作为吸附剂用于染料废水中阴、阳离子染料 的去除还未见报道。

发明内容