[发明专利]一种巯基改性二氧化硅钴铁氧体核壳结构磁性纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及磁性纳米复合材料技术领域，尤其涉及一种巯基改性二氧化硅钴铁氧体核壳结构磁性纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

水是人类生存中最重要的资源之一，随着经济全球化以及工业扩大化，工业废水的排放量越来越大，直接或间接给生物的生存带来威胁，并危及人类健康，特别是重金属排放造成的水污染也已成为一个严峻问题。

对于工业废水中重金属及有机污染物的去除，目前常用的方法主要为生物法、化学沉淀法、膜分离法、离子交换法以及吸附法等。吸附法具有费用低、操作简便、不易造成二次污染、去除效率高等特点。然而，常规的吸附材料如活性炭、粘土、氧化硅、纤维素和壳聚糖等，对某些重金属如汞的亲和力相对较弱，导致其吸附容量偏低。磁性纳米材料是一种新颖、高效、易分离以及可再生的重金属吸附材料，能够快速从溶液中分离出来，且绿色无污染。现有技术中，B等公开了通过方法将硅酸四乙酯与3-巯基丙基三甲氧基硅烷结合，成功将巯基引入CoFe₂O₄纳米材料上，并将此复合材料(CoFe₂O₄@SiO₂-SH)用于铅和汞的吸附(参见Removal ofPb(II)ions from aqueous systems using thiol-functionalized cobalt-ferrite magnetic nanoparticles,Journal ofSol-Gel Science and Technology,2013,68(3):365～373以及The removal ofHg(II)ions from aqueous solutions by using thiol-functionalized cobalt ferrite magnetic nanoparticles,Journal of Sol-Gel Science and Technology,2015,74(1):199～207)，但是存在巯基引入量小，仅在较低重金属离子浓度下能表现出良好吸附率，吸附容量低(对Pb(II)的吸附容量为1.8mg/g，对Hg(II)的吸附容量为1.9mg/g)的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种巯基改性二氧化硅钴铁氧体核壳结构磁性纳米复合材料及其制备方法和应用，增大巯基引入量，提高CoFe₂O₄@SiO₂-SH的吸附性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种巯基改性二氧化硅钴铁氧体核壳结构磁性纳米复合材料的制备方法，所述巯基改性二氧化硅钴铁氧体核壳结构磁性纳米复合材料具有式I所示化学组成：

CoFe₂O₄@SiO₂-SH 式I，

式I中SiO₂-SH为巯基改性SiO₂，所述巯基改性SiO₂为壳，所述CoFe₂O₄为核，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将钴铁氧体、十六烷基三甲基溴化铵、硅源、碱源以及水混合进行水解反应，得到CoFe₂O₄@SiO₂前体；

(2)将所述步骤(1)得到的CoFe₂O₄@SiO₂前体进行煅烧，得到CoFe₂O₄@SiO₂；

(3)将所述步骤(2)得到的CoFe₂O₄@SiO₂进行无机酸活化，得到活化产物；

(4)在惰性气体中，将所述步骤(2)得到的活化产物与一元醇、带巯基的硅烷偶联剂、甘油与碱源混合进行硅烷化反应，得到巯基改性二氧化硅钴铁氧体核壳结构磁性纳米复合材料。

优选地，所述步骤(1)中钴铁氧体、十六烷基三甲基溴化铵与硅源的质量比为0.3～1.2:0.15～0.6:1～4。

优选地，所述步骤(1)中水解反应的温度为50～90℃，所述水解反应的时间为2～6h。

优选地，所述步骤(2)中煅烧的温度350～600℃，所述煅烧的时间为3～6h。

优选地，所述步骤(3)中无机酸活化的时间为8～12h。