磁性聚硅氧烷金屬離子吸附劑的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種磁性聚硅氧烷金屬離子吸附劑的制備方法。所述制備方法的主要步驟是：(1)采用化學(xué)共沉淀法制備四氧化三鐵納米粒子或其分散液；(2)將由步驟(1)所制得的四氧化三鐵納米粒子或其分散液直接與相應(yīng)的硅烷單體(詳見說明書中式I所示化合物、或式I所示化合物和式II所示化合物的混合物)進(jìn)行水解縮聚反應(yīng)，得到目標(biāo)物。本發(fā)明提供了一種工藝簡(jiǎn)單、制備過程易控制、產(chǎn)品性能穩(wěn)定、及易于商業(yè)化制備的磁性聚硅氧烷金屬離子吸附劑的制備方法。此外，按本發(fā)明所述制備方法所制得的磁性聚硅氧烷金屬離子吸附劑可循環(huán)使用，且便于分離。
【專利說明】磁性聚硅氧烷金屬離子吸附劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種磁性聚硅氧烷金屬離子吸附劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)水平的不斷發(fā)展，金屬已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的材料之一。出于對(duì)金屬的回收利用和治理有害重金屬污染的考慮，均需要將金屬離子從溶液中提取分離出來。吸附法是去除水溶液中污染物的有效方法之一，采用吸附法處理金屬離子溶液，可實(shí)現(xiàn)污染治理和金屬離子的回收，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展的要求。理想的吸附劑應(yīng)具有適用范圍廣、吸附容量大、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。目前，人們已經(jīng)開發(fā)出各種類型的金屬離子吸附劑，包括活性炭、螯合樹脂、生物吸附劑和介孔二氧化硅等。
[0003]楊啟華和劉健等提出以非離子聚合物為模板劑、(MeO)3SiCH2CH2Si (OMe) 3和(MeO)3SiCH2CH2CH2SH混合物為硅源、共聚合成含巰基(-SH)吸附中心的有機(jī)/無機(jī)雜化介孔材料來吸附重金屬離子(CN1727061A)。但此種材料-SH吸附中心分布在材料的孔道中，引入的-SH官能團(tuán)數(shù)量較少，限制了其對(duì)于金屬離子的吸附能力，應(yīng)用價(jià)值有限。
[0004]辛忠和陸馨揭示了含有氨基、巰基或/和環(huán)氧基的聚硅氧烷是一種高效的金屬離子吸附劑(CN101757894A)。然而，這些功能化聚硅氧烷粒子雖然對(duì)于重金屬離子具有良好的吸附性能，但是其粒徑一般小于10 μ m,從金屬離子溶液中分離出來時(shí)需通過過濾或者離心分離的方法，具有局限性。
[0005]Kraus等采用巰丙基三甲氧基娃燒(MPTMS)接枝修飾鐵酸鈷磁性納米顆粒，發(fā)現(xiàn)其對(duì)金離子的吸附量隨MPTMS用量的增加而增加(Kraus A, Jainae K, Unob F, andSukpirom N.Journal of Colloid and Interface Science2009 ；338(2):359-365)。但該制備過程需要先經(jīng)共沉淀法和高溫煅燒制備出鐵酸鈷納米粒子，再將納米粒子分散在溶液中，加入硅烷進(jìn)行單體接枝反應(yīng)，步驟繁瑣；且這種硅烷單體表面接枝修飾的方法只能使磁性納米粒子表面修飾上數(shù)量有限的有機(jī)官能團(tuán)，對(duì)金屬離子的吸附容量有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于，提供一種制備工藝簡(jiǎn)單、制備過程易控制、產(chǎn)品性能穩(wěn)定、及易于商業(yè)化制備的磁性聚硅氧烷金屬離子吸附劑的制備方法，克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足。
[0007]本發(fā)明所述的磁性聚硅氧烷金屬離子吸附劑的制備方法，其主要步驟如下:
[0008](I)采用化學(xué)共沉淀法制備四氧化三鐵納米粒子或其分散液；
[0009](2)將由步驟⑴所制得的四氧化三鐵納米粒子或其分散液直接與式I所示化合物、或式I所示化合物和式II所示化合物的混合物進(jìn)行水解縮聚(即均聚或共聚)反應(yīng)，得到目標(biāo)物(磁性聚硅氧烷金屬離子吸附劑)；
[0010]其中，所述水解縮聚(包括均聚和共聚)反應(yīng)溫度為10°C?80°C，反應(yīng)時(shí)間為l-24h ；[0011]目標(biāo)物中，四氧化三鐵納米粒子與聚硅氧烷的質(zhì)量比為1.0: (1.0~9.0);
[0012]
【權(quán)利要求】
1.一種制備磁性聚硅氧烷金屬離子吸附劑的方法，其主要步驟如下: (1)采用化學(xué)共沉淀法制備四氧化三鐵納米粒子或其分散液； (2)將由步驟(1)所制得的四氧化三鐵納米粒子或其分散液直接與式I所示化合物、或式I所示化合物和式II所示化合物的混合物進(jìn)行水解縮聚反應(yīng)，得到目標(biāo)物； 其中，所述水解縮聚反應(yīng)溫度為10°C~80°C，反應(yīng)時(shí)間為Ih~24h; 目標(biāo)物中，四氧化三鐵納米粒子與聚硅氧烷的質(zhì)量比為1.0: (1.0~9.0)；
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中R1,R2, R3和R4分別獨(dú)立選自=C1-C6烷基，C1~C6烷氧基或由氨基、巰基或環(huán)氧基取代的C1~C6烷基，且在R1, R2, R3和R4中，由氣基、疏基或環(huán)氧基取代的C1~C6烷基的個(gè)數(shù)為I。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，其中R1,R2, R3和R4分別獨(dú)立選自=C1-C3烷基，C1~C3烷氧基或由氨基、巰基或環(huán)氧基取代的C1~C3烷基，且在R1, R2, R3和R4中，由氣基、疏基或環(huán)氧基取代的C1~C3烷基的個(gè)數(shù)為I。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中R5,R6, R7和R8分別獨(dú)立選自=C1~C18烷基、C1~C4烷氧基、C1~C4鏈烯基、苯基或鹵素中一種。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，其中R5,R6, R7和R8分別獨(dú)立選自=C1~C18烷基、C1~C4烷氧基、C1~C4鏈烯基、苯基或鹵素中一種。
6.如權(quán)利要求1~5中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: (1)將二價(jià)鐵鹽和三價(jià)鐵鹽置于水中，得到含二價(jià)鐵鹽和三價(jià)鐵鹽的水溶液，在有惰性保護(hù)氣體存在、和50°c~90°C及攪拌條件下，將堿性化合物加入上述所得的含二價(jià)鐵鹽和三價(jià)鐵鹽的水溶液中，使體系的PH值為7.5~11.0，并在此狀態(tài)保持I小時(shí)至5小時(shí)，得到四氧化三鐵納米粒子分散液； (2)在由步驟(1)所得的四氧化三鐵納米粒子分散液中加入式I所示化合物，進(jìn)行水解均聚反應(yīng)；或， 加入式I所示化合物和式II所示化合物，進(jìn)行水解共聚反應(yīng)，所得產(chǎn)物經(jīng)洗滌、分離、干燥后即為目標(biāo)物。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，其中，二價(jià)鐵鹽水溶液的摩爾濃度為5X 10_5摩爾/升~IX 10_2摩爾/升，三價(jià)鐵鹽水溶液的摩爾濃度為5 X 10_5摩爾/升~I X 10_2摩爾/升；二價(jià)鐵鹽和三價(jià)鐵鹽的摩爾比為1.0: (1.5~2.0)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，其中所述三價(jià)鐵鹽是Fe2(SO4) 3或FeCl3,所述的二價(jià)鐵鹽是FeSO4或FeCl2,或它們的含結(jié)晶水化合物。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，其中所述惰性保護(hù)氣體是氮?dú)饣驓鍤狻?br> 10.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，其中所述堿性化合物是氨水、氫氧化鈉或碳酸氫鈉。
【文檔編號(hào)】B01J20/30GK103721687SQ201210382001
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2012年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月10日
【發(fā)明者】辛忠, 陸馨 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)