專利名稱：一種磁性的納米材料的制備方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米材料的制備方法及其應(yīng)用，特別涉及碳包覆磁性金屬納米 材料的制備方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的制備碳包覆磁性金屬納米材料是利用物理手段像氣相沉積法、電弧 放電技術(shù)、熱解法、離子束濺射法、電子束照射法、含金屬的炭凝膠爆炸法、 激光蒸發(fā)法、等離子體蒸發(fā)法等，這些方法使用的設(shè)備復(fù)雜、操作繁瑣、成本 高、制備溫度高、能耗大、反應(yīng)劇烈且副產(chǎn)物多，因而難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
中國(guó)專利CN1951608A介紹了一種碳包覆磁性金屬納米材料的制備方法，該方 法是在惰性氣體保護(hù)及強(qiáng)堿條件下的還原路線，因此，反應(yīng)條件苛刻；同時(shí)， 該方法未使用任何表面活性劑的輔助，所得磁性的納米材料沒(méi)有規(guī)則的表面形 貌。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的第1個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種簡(jiǎn)單的磁性納米材料的的制 備方法。
本發(fā)明所要解決的第2個(gè)技術(shù)問(wèn)題是上述磁性納米材料的應(yīng)用。
本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案為 一種磁性的納米材料的制備方法， 包括磁性金屬納米粒子制備過(guò)程、碳包覆過(guò)程， 所述的磁性金屬納米粒子制備過(guò)程為
將陰離子型表面活性劑，可溶性鎳鹽及強(qiáng)還原劑溶于蒸餾水中，在磁力攪 拌的情況下依次將N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和強(qiáng)堿緩慢加入上述溶液中，混合均勻后，升溫140 180°C，反應(yīng)10-12小時(shí)，冷卻至室溫，用去離子水洗滌數(shù) 次，在真空干燥箱中50-60。C干燥至恒重，所得產(chǎn)物為磁性納米球。
可溶性鎳鹽與陰離子表面活性劑的摩爾比1: 0.15-0.3。
所述的陰離子表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉(SDBS),十二垸基硫酸鈉 (SDS)。
所述的可溶性鎳鹽為氯化鎳，硫酸鎳，醋酸鎳，其化學(xué)式分別為NiCl2， MS04, Ni(CH3COO)2。
所述的強(qiáng)還原劑為水合肼、次磷酸鈉、硼氫化鈉。
所述的碳包覆過(guò)程為
將所制成的磁性納米粒子超聲分散于重量濃度為10-15%葡萄糖溶液中，并
160-17(TC下反應(yīng)3-4小時(shí)后，冷卻至室溫，用去離子水洗滌，在真空干燥箱中
50-60°C下干燥至恒重，即可。
本發(fā)明所制的磁性的納米材料在吸附工業(yè)廢水中重金屬離子方面的應(yīng)用。 特別可以選擇性吸附含有Pb^、 Cu2+、 Cf+離子的重金屬溶液。 本發(fā)明通過(guò)陰離子表面活性劑來(lái)控制磁性納米顆粒形貌，得到尺寸均一的
納米球；陰離子表面活性劑黏附于納米球的表面，使溶液中的葡萄糖碳化成網(wǎng)
狀的結(jié)構(gòu)；由于吸附劑是網(wǎng)狀碳包覆的磁性納米球核殼結(jié)構(gòu)，具有很大的比表
面積；在使用過(guò)程中，由于納米材料中含有鎳，因此在吸附了重金屬后，通過(guò)
外加磁場(chǎng)，極易使納米材料與廢水進(jìn)行分離。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，反應(yīng)條件溫和，所制的網(wǎng)狀碳包覆的磁性吸附劑，
具有選擇性吸附重金屬離子、比表面積較大，吸附能力強(qiáng)；易于從吸附后的溶
液中分離的特點(diǎn)。


圖1為實(shí)施例1所得納米材料的x-射線粉末衍射圖。
圖2為實(shí)施例1所得納米材料的能譜圖(EDS)
圖3為實(shí)施例1所得磁性金屬納米球的掃描電子顯微鏡(SEM)照片
圖4為實(shí)施例1所得納米材料的掃描電子顯微鏡(SEM)照片
圖5為實(shí)施例1所得納米材料的透射電子顯微鏡(TEM)照片。
圖6為實(shí)施例1的室溫磁滯回線，51為實(shí)施例1所得磁性金屬納米微球的
室溫磁滯回線、52為實(shí)施例1所得的納米材料的室溫磁滯回線。 圖7為實(shí)施例1所得納米材料的拉曼光譜圖。 圖8為實(shí)施例1所得納米材料的含Pb^溶液的吸附曲線 圖9為實(shí)施例1所得納米材料的含C^+溶液的吸附曲線 圖10為實(shí)施例1所得納米材料的含Cc^+溶液的吸附曲線
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1:
1、 磁性金屬納米粒子制備過(guò)程
將0.3mmo1的十二烷基硫酸鈉(SDS)， 2mmo1氯化鎳及8mmo1的次磷酸鈉， 溶于15mL蒸餾水中，在磁力攪拌的情況下依次將5mL N,N-二甲基甲酰胺 (DMF)和25mmolKOH緩慢加入上述溶液中，將所得混合溶液倒入聚四氟乙 烯作為內(nèi)襯的不銹鋼高壓釜內(nèi)，加熱到160'C反應(yīng)10小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，將高 壓釜冷卻至室溫，用去離子水洗滌所得黑色產(chǎn)物數(shù)次，在真空干燥箱中5(TC干
燥，所得產(chǎn)物為金屬磁性納米球。
2、 碳包覆過(guò)程
將2g葡萄糖溶于20mL水中，加入20mg上述產(chǎn)物于此葡萄糖溶液中超聲 20分鐘，將其轉(zhuǎn)入不銹鋼高壓釜內(nèi)，加熱到16(TC反應(yīng)4小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，將高壓釜冷卻至室溫，用去離子水洗滌所得黑色產(chǎn)物數(shù)次，在真空干燥箱中50°C
干燥，即可。
用日本島津XRD-6000型X射線粉末衍射儀對(duì)實(shí)施實(shí)驗(yàn)1的產(chǎn)物(Cu Ka射線， 入=0.154060nm，掃描速度0.027s)進(jìn)行物相鑒定，如圖1中所示。對(duì)照J(rèn)CPDS標(biāo) 準(zhǔn)卡片(04-0850)，所有的衍射峰與面心立方相的磁性納米粒子Ni完全吻合。由 于衍射峰很強(qiáng)，說(shuō)明產(chǎn)物有較好的結(jié)晶度。此外，圖1中角度為20°-30°的基線凸 起產(chǎn)生于結(jié)晶性差的碳。圖2元素分析顯示，制得產(chǎn)物中含有C、 Ni、 Cu和O元 素，其中元素Cu來(lái)自于支撐試樣的銅片。圖3和圖4分別顯示所得產(chǎn)物具有網(wǎng)狀 碳包覆磁性納米粒子的核殼結(jié)構(gòu)。圖5證實(shí)此產(chǎn)物具有磁性，并且包碳前后飽和 磁化強(qiáng)度有變化。圖6顯示，在1387cm'1 (D帶)和1587cm" (G帶)處有兩個(gè)大 的峰，對(duì)應(yīng)著碳原子spZ雜化的特征峰，進(jìn)一步證明了反應(yīng)產(chǎn)物中碳的存在。
實(shí)施例2:
1、 磁性金屬納米粒子制備過(guò)程
將0.3mmo1的十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)， 2mmo1醋酸鎳及8mmo1的次磷 酸鈉，溶于15mL蒸餾水中，在磁力攪拌的情況下依次將5mLN,N-二甲基甲酰 胺(DMF)和25mmolKOH緩慢加入上述溶液中，將所得混合溶液倒入聚四氟 乙烯作為內(nèi)襯的不銹鋼高壓釜內(nèi)，加熱到16(TC反應(yīng)10小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，將 高壓釜冷卻至室溫，用去離子水洗滌所得黑色產(chǎn)物數(shù)次，在真空干燥箱中50°C 干燥，所得產(chǎn)物為金屬磁性納米球。
2、 碳包覆過(guò)程
將2g葡萄糖溶于20mL水中，加入20mg上述產(chǎn)物于此葡萄糖溶液中超聲 20分鐘，將其轉(zhuǎn)入不銹鋼高壓釜內(nèi)，加熱到16(TC反應(yīng)4小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后， 將高壓釜冷卻至室溫，用去離子水洗滌所得黑色產(chǎn)物數(shù)次，在真空干燥箱中50°C干燥，即可。 實(shí)施例3:
將20mg實(shí)施例1所得產(chǎn)物加入50毫升10mg/L的Pl^+離子溶液中，超聲 吸附30分鐘，原子吸收測(cè)量顯示Pl^+離子溶液的吸光度從吸附前的0.039下降 為0.005，即Pb"離子濃度由吸附前的10mg/L下降為1.42mg/L (圖8所示)。經(jīng) 計(jì)算，吸附劑在10mg/L的Pb^離子溶液中的吸附Pb"的能力為21.38mg/g。
實(shí)施例4:
將20mg實(shí)施例1所得產(chǎn)物加入50毫升10mg/L的0(12+離子溶液中，超聲 吸附30分鐘，原子吸收測(cè)量顯示Cd^離子溶液的吸光度從吸附前的0.413下降 到0.195，即Cd^離子濃度由吸附前的5mg/L下降為2.43mg/L (如圖9所示)， 經(jīng)計(jì)算，吸附劑在5mg/L的Cd^離子溶液中吸附Cf+的能力為6.425mg/g;
實(shí)施例5:
將20mg實(shí)施例2所得產(chǎn)物加入50毫升10mg/L的Q 離子溶液中，超聲 吸附30分鐘，C離子溶液的吸光度從吸附前的0.330下降為0.139，即Cu2+ 離子濃度由吸附前的10mg/L下降為4.28mg/L (如圖IO所示)，經(jīng)計(jì)算，吸附劑 在10mg/L的012+離子溶液中吸附Cu"的能力為14.3mg/g。
實(shí)施例6:
將20mg實(shí)施例2所得產(chǎn)物加入50毫升10mg/L的As(V)離子溶液中，超 聲吸附30分鐘，采用ICP原子發(fā)射光譜儀進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示As(V)離子濃度 不變。
實(shí)施例7:
將20mg實(shí)施例2所得產(chǎn)物加入50毫升10mg/L的Cr(VI)離子溶液中，超 聲吸附30分鐘，采用ICP原子發(fā)射光譜儀進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果顯示Cr(VI)離子濃度不變。
以上結(jié)果說(shuō)明，磁性納米粒子(^C核殼納米結(jié)構(gòu)重金屬離子吸附劑具有選擇吸附 性能，對(duì)Pb"、 Cu2+、 CcP可有效吸附，而對(duì)重金屬離子As(V)和Cr(VI)的吸附 無(wú)效果。
權(quán)利要求
1、一種磁性的納米材料的制備方法，包括磁性金屬納米粒子制備過(guò)程、碳包覆過(guò)程，其特征在于所述的磁性金屬納米粒子制備過(guò)程為將陰離子型表面活性劑，可溶性鎳鹽及強(qiáng)還原劑溶于蒸餾水中，在磁力攪拌的情況下依次將N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和強(qiáng)堿緩慢加入上述溶液中，混合均勻后，升溫140～180℃，反應(yīng)10-12小時(shí)，冷卻至室溫，用去離子水洗滌數(shù)次，在真空干燥箱中50-60℃干燥至恒重，即可。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁性的納米材料的制備方法，其特征在于-可溶性鎳鹽與陰離子表面活性劑的摩爾比1: 0.15-0.3。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁性的納米材料的制備方法，其特征在于 所述的陰離子表面活性劑為十二垸基苯磺酸鈉,十二烷基硫酸鈉。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁性的納米材料的制備方法，其特征在于所述的可溶性鎳鹽為氯化鎳，硫酸鎳，醋酸鎳。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁性的納米材料的制備方法，其特征在于所述的強(qiáng)還原劑為水合肼、次磷酸鈉、硼氫化鈉。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁性的納米材料的制備方法，其特征在于 所述的碳包覆過(guò)程為將所制成的磁性納米粒子超聲分散于重量濃度為10-15%葡萄糖溶液中，并在160-17(TC下反應(yīng)3-4小時(shí)后，冷卻至室溫，用去離子水洗滌，在真空干燥箱 中50-60°C下干燥至恒重，即可。
7、 權(quán)利要求1所述的磁性的納米材料在吸附工業(yè)廢水中重金屬離子方面的 應(yīng)用。
8、 權(quán)利要求1所述的磁性的納米材料在吸附工業(yè)廢水中Pb2+、 Cu2+、 Cd2+ 離子方面的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種磁性的納米材料的制備方法及其應(yīng)用，所述的制備方法，包括磁性金屬納米粒子制備過(guò)程、碳包覆過(guò)程，所述的磁性金屬納米粒子制備過(guò)程為將陰離子型表面活性劑，可溶性鎳鹽及強(qiáng)還原劑溶于蒸餾水中，在磁力攪拌的情況下依次將N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和強(qiáng)堿緩慢加入上述溶液中，混合均勻后，升溫140～180℃，反應(yīng)10-12小時(shí)，冷卻至室溫，用去離子水洗滌數(shù)次，在真空干燥箱中50-60℃干燥至恒重，即可。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，反應(yīng)條件溫和，所制的網(wǎng)狀碳包覆的磁性吸附劑，具有選擇性吸附重金屬離子、比表面積較大，吸附能力強(qiáng)；易于從吸附后的溶液中分離的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B22F1/02GK101658933SQ20091014502
公開(kāi)日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月21日
發(fā)明者倪永紅, 靳黎娜 申請(qǐng)人:安徽師范大學(xué)