[发明专利]一种阳离子型磁性纳米颗粒及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种阳离子型磁性纳米颗粒及其制备方法和应用，采用改进的Stöber方法使TEOS与Fe₃O₄磁性纳米颗粒反应制备二氧化硅包覆的磁性纳米颗粒，再采用MPS对二氧化硅壳层进行改性，最后采用接枝共聚法将阳离子单体接枝到改性的磁性纳米颗粒上，制得阳离子型磁性纳米颗粒。本发明还公开了该阳离子型磁性纳米颗粒用于吸附废水中的阴离子染料的应用。本发明能够速度吸附印染污水中的阴离子染料且吸附容量大，同时由于吸附污水中的阴离子染料后该阳离子型纳米颗粒仍具有磁性，因此能够通过磁场快速的分离，大大缩短了污水处理的时间。

技术领域

本发明涉及高分子复合材料领域，具体涉及一种阳离子型磁性纳米颗粒及其制备方法和应用。

背景技术

染料是水溶性有机化合物，具有稳定和复杂的结构，广泛应用于皮革，造纸，橡胶，制药，纺织等许多工业领域。由于其具有高可见度、强毒性和对人类有致癌性的特点，含有染料的废水如果在没有适当处理的情况下直接排放，将会对环境安全产生严重威胁。目前对含有染料的废水主要采用吸附法进行处理。吸附法操作简单，成本低廉，可重复使用。但是，目前常用的吸附剂，如：活性炭、氧化石墨烯、活性氧化铝等，都存在价格较高、能耗大、部分还会产生副产物等问题，且大多数吸附剂只对特定污染物具有较高吸附容量。因此，采用吸附法处理含有染料的废水受到限制。

近年来，纳米材料因其粒径小、比表面积大、活性位点丰富、再生能力强等特点，被公认为一类有潜力的吸附剂。在无机纳米材料中，Fe₃O₄磁性纳米颗粒因其合成简单、毒性低，特别是具有独特的磁响应性而被广泛研究。然而，由于裸Fe₃O₄磁性纳米颗粒酸稳定性差，官能团缺乏，抑制了其直接应用于作吸附剂。

DAC，DMC和DMDAAC是常用的阳离子单体。这些阳离子单体的结构中含有乙烯基，因此它们很容易与其他单体均聚或共聚。此外，由于它们的季铵基团可以提供强大的静电力，使其与阴离子结合，因此，这三种单体的均聚物和共聚物已成功应用于污泥脱水和一些废水处理。然而，这些阳离子单体与污水中的阴离子结合后，通常需要较长的时间才能沉淀和分离，这使得污水处理的时间和周期延长，能耗增加。

因此，如何提供一种能够快速处理印染污水、快速分离的印染污水处理剂的制备方法，是本领域技术人员研究的方向。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决现有的印染污水处理效果不佳且处理后分离需要较长时间等问题，提供一种阳离子型磁性纳米颗粒的制备方法，该制备方法操作简单，成本低廉，无毒环保，能够满足印染污水的处理要求。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：

一种阳离子型磁性纳米颗粒的制备方法，采用改进的Stöber方法使TEOS与Fe₃O₄磁性纳米颗粒反应制备二氧化硅包覆的磁性纳米颗粒，再采用MPS对二氧化硅壳层进行改性，最后采用接枝共聚法将阳离子单体接枝到改性的磁性纳米颗粒上，制得阳离子型磁性纳米颗粒。

进一步，所述制备方法具体包括以下步骤：

S1、包覆反应：将0.9-1.5g Fe₃O₄磁性纳米颗粒加入含有400mL乙醇，200mL蒸馏水和6mL氨溶液的1000mL玻璃烧杯中，机械搅拌10分钟，然后逐滴加入18mL TEOS，并在室温下搅拌8小时；反应结束后用乙醇和蒸馏水洗涤数次，并冷冻干燥12小时，得到二氧化硅包覆的磁性纳米颗粒；

S2、改性：将经过S1处理后的磁性纳米颗粒分散于200mL酒精，加入体积比为9：100的MPS﹣乙醇溶液，并在氮气气氛中水浴搅拌反应12小时，水浴温度为78℃，得到改性磁性纳米颗粒；