[发明专利]一种多孔碳包裹钴的核壳结构磁性材料的制备方法和应用

说明书

本发明属于新型材料及应用技术领域，涉及一种多孔碳包裹钴的核壳结构磁性材料的制备方法和应用。所述述方法包括：利用正硅酸乙酯水解将磁性钴表面包裹SiO₂，得Co@SiO₂；利用油酸进行表面疏水性和双键修饰，得Co@SiO₂@油酸；采用乳液聚合实现苯乙烯在磁芯球表面的聚合，得磁性核壳结构的聚合物微球；将磁性核壳结构的聚合物微球进行炭化处理。本发明核壳结构磁性材料，表面疏松多孔，炭化后，机械强度和化学稳定性都进一步增强，炭化后可直接用于对内分泌干扰物的萃取吸附，萃取回收率可达89.63‑94.81%；将本发明核壳结构磁性材料与HPLC方法联用，可实现对内分泌干扰物，尤其是双酚A的痕量检测。

技术领域

本发明属于新型材料及应用技术领域，涉及一种多孔碳包裹钴的核壳结构磁性材料的制备方法和应用。

背景技术

磁性材料具有易于分离，方便快捷，易于回收等优点广泛应用于分离分析领域。自1999年首次提出磁固相萃取技术之后，已经发展为一种备受关注的样品前处理技术。磁性吸附剂材料在磁性固相萃取过程中起着非常重要的作用。为了提高分析物的萃取效率，开发新的具有高选择性和高吸附性的磁性吸附剂已成为研究热点。

刘丽以Fe₃O₄为磁性载体，制备出包括磁性三维石墨烯、磁性纳米多孔碳两种功能性的磁性固相吸附材料，并将它们应用于磁性固相萃取，拟在建立多种样品基质中有机污染物痕量测定的新方法。其中，磁性纳米多孔碳使用硅胶作为模板，蔗糖作为碳源制备得到，其制备步骤复杂，需要加入浓硫酸，使用该材料用于萃取湖水和芦荟汁样品中的邻苯二甲酸酯(刘丽.新型磁性吸附剂结合高效液相色谱法测定样品中的一些有机污染物[D].2015.)。虽然其制备得到的磁性三维石墨烯可作为一种有效的吸附剂用于水蜜桃汁样品中的双酚A检测，但磁性三维石墨烯的生产成本高昂，不利于工业化应用。

中国专利申请(CN103041758A)公开了一种核壳结构的磁性空心多孔碳球及其制备方法，其制得的核壳式空心微孔磁性碳球的核为磁性四氧化三铁纳米簇，壳层为多孔碳。制备方法如下：首先以四氧化三铁纳米簇为种子，通过无皂乳液聚合将模板壳层包覆到四氧化三铁的表面，然后通过微波水热法将酚醛树脂原位聚合包覆到包有模板壳层的四氧化三铁复合微球表面，最后在一定温度下碳化即得到具有核壳结构的磁性空心多孔复合碳球。虽然该方法操作简单，过程可控；并且该碳球可应用于超级电容器、蛋白质分离、水中有机污染物的去除等领域，但是该材料对原材料要求度高，需以Fe₃O₄纳米簇为磁核；而且需较高的碳化温度。

因此，生产方法简单、原料易得且成本低，吸附性能好、吸附特异性强的新型磁性材料，依旧是本领探究的热点。

发明内容

本发明的主要目的是，克服现有技术不足，提供一种以多孔碳包裹金属钴的核壳结构磁性材料的制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明目的之一，提供一种多孔碳包裹钴的核壳结构磁性材料的制备方法，所述方法包括：利用正硅酸乙酯水解将磁性钴表面包裹SiO₂，得Co@SiO₂；利用油酸进行表面疏水性和双键修饰，得Co@SiO₂@油酸；采用乳液聚合实现苯乙烯在磁芯球表面的聚合，得磁性核壳结构的聚合物微球；将磁性核壳结构的聚合物微球进行炭化处理。

在以上所述方法中，优选地，利用正硅酸乙酯水解将磁性钴表面包裹SiO₂的方法包括：将0.5-1.0g钴粉分散在100-150mL异丙醇中，加入15-20mL水、10-15mL氨水，搅拌均匀后滴加5-10mL正硅酸乙酯，室温密封8-12h；反应完成后，分别用乙醇和水进行洗涤，磁性分离，于40-50℃真空干燥8-12h得到Co@SiO₂。