[发明专利]一种氨基功能化磁性四氧化三铁纳米粒子及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氨基功能化磁性四氧化三铁纳米粒子及其制备方法。该纳米粒子由平均尺寸在20‑40nm之间的四氧化三铁纳米粒子(磁核)及其表面由3‑氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)水解缩合形成的一层厚度在1‑3nm之间的氨基功能化包覆层组成。该纳米粒子制备方法包括如下步骤：1)利用三氯化铁、氢氧化钠和去离子水在乙二醇加热制备四氧化三铁纳米粒子作为磁核；2)将步骤1)得到的磁核分散到水溶液中，直接加入3‑氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)进行氨基功能化改性，得到氨基功能化磁性四氧化三铁纳米粒子。该方法工艺简单环保，不需要二氧化硅过渡层，也不需要使用有机溶剂和调节溶液的pH值。所得氨基功能化磁性四氧化三铁纳米粒子包覆均匀，结构规整，磁性物质含量高，分散性好，可作为吸附剂用于水中污染物的去除。

技术领域

本发明属于功能纳米材料领域，具体涉及一种氨基功能化磁性四氧化三铁纳米粒子及其制备方法。

背景技术

近年来，磁性纳米粒子作为吸附材料在水处理领域的应用受到了广泛关注。以四氧化三铁为代表的磁性纳米粒子制备简单，比表面积大，具有超顺磁性，通过外加磁场可实现吸附剂从溶液中的快速分离。基于磁性纳米粒子的水处理过程一般包括磁性纳米粒子对目标污染物的吸附，磁性纳米粒子的磁性分离及磁性纳米粒子的脱吸附与重复利用。由于四氧化三铁纳米粒子本身的吸附能力有限，通常需要进行表面改性来提高对目标污染物的亲和性和选择性。3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)是一种常用的硅烷偶联剂，广泛地用于各种无机氧化物的表面改性。通过APTES对磁性四氧化三纳米粒子进行氨基功能化改性，可以在纳米粒子表面引入带正电荷的氨基基团，提高对目标污染物的亲和性和选择性，在水处理领域有着广泛的应用前景。中国专利CN 104759260 B公开了一种氨基功能化磁性二氧化硅-四氧化三铁复合纳米材料及其制备方法，采用共沉淀法合成磁性四氧化三铁纳米颗粒作为磁核，然后在乙醇溶液中制备磁性二氧化硅-四氧化三铁复合纳米材料，利用二氧化硅包覆改善粒子在溶液中的分散性，再在甲醇/水溶液中进行APTES氨基功能化改性，得到氨基功能化磁性复合纳米材料，并用于水环境污染物的吸附及痕量化学检测。该方法存在以下四方面不足之处：1)所用共沉淀法制备的磁性纳米粒子(磁核)粒径较小(在3-15nm之间)，磁响应性弱，团聚较为严重。2)二氧化硅包覆过程中容易发生二次团聚现象，形成的二氧化硅-四氧化三铁复合纳米材料尺寸较大，在200-500nm之间，相对比表面积较小，不利于对污染物的吸附。3)二氧化硅包覆使纳米复合材料中磁性物质的含量降低，不利于快速磁性分离。4)在APTES氨基功能化过程中需使用乙醇等有机溶剂。这些在结构、功能及其制备方法上存在的不足之处都对其作为吸附剂在水处理上的应用会带来不利影响。

发明内容

针对目前已报导的APTES氨基功能化改性磁性纳米四氧化三铁纳米粒子在结构、功能及其制备方法上存在的问题，本发明提供了一种氨基功能化磁性四氧化三铁纳米粒子及其制备方法。

这种氨基功能化磁性四氧化三铁纳米粒子，其特征在于，由尺寸在20-40nm之间的四氧化三铁纳米粒子(磁核)及其表面由APTES水解缩合形成的一层厚度在1-3nm之间的氨基功能化包覆层组成。

这种氨基功能化磁性四氧化三铁纳米粒子的制备方法包括如下步骤：

1)将三氯化铁、氢氧化钠和去离子水加入到乙二醇中，充分搅拌混合均匀，在常压下加热至沸腾，保持沸腾回流4-12小时后，停止加热，冷却到室温，经分离、洗涤后得到四氧化三铁纳米粒子；所述三氯化铁为六水三氯化铁或无水三氯化铁；所述三氯化铁加入量为0.2-0.5mol/L；所述氢氧化钠的加入量为0.5-2.0mol/L；所述的去离子水加入量为1-20mol/L；所述加热升温速率为1-10℃/min；所得到磁性四氧化三铁纳米粒子平均尺寸在20-40nm之间，分散性好，不团聚；