[发明专利]一种磁性氧化硅纳米纤维基核壳型吸附材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种磁性氧化硅纳米纤维基核壳型吸附材料及其制备方法，以纤蛇纹石中提取的氧化硅纳米纤维为载体，利用乙酰丙酮铁作为合成四氧化三铁的纳米颗粒的铁源物质，在高温无氧环境下利用乙酰丙酮铁缓慢分解，并在氧化硅纳米纤维表面结晶为四氧化三铁纳米颗粒而实现负载，然后通过硅源物质水解在其表面自组装形成多孔氧化硅壳层，制备出磁性氧化硅纳米纤维基核壳型吸附材料。该磁性核壳型吸附材料层间分明、结构稳定、比表面积大、易于磁性分离，对阳离子型有机染料和金属离子具有很强的吸附效果。该吸附材料所吸附的有机污染物能够被自身负载的四氧化三铁通过简单的类芬顿反应降解，从而确保该材料的多次再生利用。

技术领域

本发明涉及功能材料制备技术领域，具体为一种氧化硅纳米纤维、四氧化三铁与多孔氧化硅的复合吸附材料及其制备方法。

背景技术

随着我国工业水平的不断提高，化工、纺织、矿业及冶金等工业排放了大量的有机化工染料废水和重金属离子废水，对环境与生态构成了巨大威胁，因此目前对有机物污染和重金属离子的治理已成为水资源保护的重要课题。在诸多的处理方法中，物理吸附法由于其处理量大、工艺简便、适用范围广以及效果明显的特点被认为是最具实用潜力的治理方法。目前应用的吸附剂主要是比表面积较大、孔结构较丰富的固体。在吸附过程中吸附剂需要尽可能的分散在污水中并与污染物充分接触，这一过程使得吸附剂在完成吸附过程后难以实现有效的固液分离。此外，传统的吸附剂由于难以进行再生操作，多次重复利用性较差，从经济与环境角度来说都存在较大缺陷。

近年来，磁性复合材料的制备和应用发展迅速，并广泛应用于吸附剂、催化剂的分离等复杂过程，大大简化了工艺流程。在外加磁场的作用下，能够快速实现磁性吸附剂的固液分离，因而在很大程度上可以解决传统吸附材料在实际应用中所面临的分离问题。目前，对吸附剂的磁性改性主要是通过浸渍或负载等方式引入具有磁性的四氧化三铁。其中，负载纳米级单分散的四氧化三铁颗粒能使改性后的复合材料结构稳定、磁性均匀，是目前磁性改性的热点，已有大量的研究。

同时，针对吸附过有机物的吸附剂的再生，目前主要的再生方法有热分解再生、光催化再生、芬顿再生等，都是通过氧化反应使吸附在吸附剂表面的有机物降解，从而使吸附剂恢复其被占据的吸附位点。其中，芬顿反应由于具有降解能力强、效率高的特点而被大量地报道；随着进一步研究，发现以四氧化三铁为催化剂的类芬顿反应具有无二次污染、降解效果好并且附带磁性固液分离的特性，因而显示出巨大的应用潜力。目前，国内已有致力于吸附剂的磁性改性的专利（如“磁性介孔氧化硅表面印迹聚合物吸附材料及其制备方法”，CN106334537A [P]. 2017-01-18），而对具有核壳结构和类芬顿再生能力的该类吸附材料研究仍然较少。

发明内容

氧化硅纳米纤维是从纤蛇纹石提取的高纯度的天然矿物材料，由于其高比表面积和纳米纤维状形貌而被作为纳米颗粒的载体，能够很大程度的解决纳米颗粒的自发团聚现象，提高性能；多孔氧化硅具有很高的比表面积，且以正硅酸乙酯等硅源通过水解自组装制备出的多孔氧化硅具有高度的有序性以及可控性。为了同时解决目前吸附剂难以实现固液分离和难以多次再生利用的难题，本发明提供了一种利用氧化硅纳米纤维、四氧化三铁纳米颗粒、多孔氧化硅作为基体合成的复合吸附材料。

一种磁性氧化硅纳米纤维基核壳型吸附材料，所述吸附材料中氧化硅纳米纤维含量为35~50%，四氧化三铁含量为5~35%，多孔氧化硅含量为20~60%。

作为优选，所述吸附材料中氧化硅纳米纤维直径为30~60nm，长度大于1μm，且长径比大于30:1。

进一步地，所述吸附材料中多孔氧化硅的孔径主要分布在2~5nm。

作为优选，所述吸附材料中四氧化三铁附着于氧化硅纳米纤维表面，氧化硅纳米纤维及其表面所附着的四氧化三铁颗粒被一层多孔氧化硅包裹。

本发明进一步提供一种制备磁性氧化硅纳米纤维基核壳型吸附材料的方法，包括以下步骤：