[发明专利]磁性普鲁士蓝纳米碳复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及磁性普鲁士蓝纳米碳复合材料及其制备方法和用途。

背景技术

1、随着世界经济的发展，环境污染已经成为人类生存的重大威胁，特别是由于核电事故发生的核泄漏造成的核污染。众所周知，核污染的放射性元素即使浓度很低也会显著地影响人类的健康，会使人类引起体内外辐射伤、放射病症状，直至致癌、致畸。并且绝大部分的放射型元素半衰期会有几十年，上百年甚至上万年,因此一旦发生核泄漏，危害将是持久的。而对于核污染治理还在采用一般污染的处理方法，比如：1、工程措施，即将重污染置换；2、电化学修复；3、吸附、离子交换、絮凝沉淀；4、植物修复；5、生态修复等方法。由于这些方法存在着周期性长，广适性差，成本过高，修复不彻底以及效率低下等诸多缺点。纳米材料与传统材料相比，有着全新优良的物理/化学特性。特别是与纳米技术的诞生和发展有着最直接关联的碳纳米管和石墨烯等石墨型碳纳米材料，由于它们的巨大的比表面积、独特而单一的sp2杂化轨道的蜂窝状碳骨骼结构，使其对芳香族化合物有着优异的选择吸附性、稳定的化学/物理特性、质量轻且拉伸强度高、导体/半导体性质共存等优良特性，而被研究者广泛关注和期待。

2、近年来，磁性复合材料因其易回收，能够同时利用各材料组分的优点而成为一种具有广泛应用前景的新型复合材料。利用纳米碳材料的超大比表面积，及稳定的化学/物理特性，将Fe₃O₄可控锚定在纳米碳材料表面，再通过改性设计制备可磁性回收的普鲁士蓝@Fe₃O₄/纳米碳多级结构复合材料。再将复合材料与高分子聚合物复合，制备选择性吸附铯的高效、操作简单、广适性的三维新型实用轻便型核污染净化材料藻酸钙微球。其综合了磁性回收以及普鲁士蓝对铯离子选择性吸附的特性，在核污染处理等领域有广泛的应用前景。但是，到目前为止，碳纳米材料负载磁性氧化物粒子原位沉积普鲁士蓝复合材料的合成还未见报道。

3、现有报道中，所合成的复合材料具有形状不均匀，普鲁士蓝层含量低，易于脱落等不足。（Chang,Y.C.;Chen,D.H.J.Colloid Interface Sci.2005,283,446–451.Sasaki,T.;Tanaka,S.Chem.Lett.2012,41,32-34.）

发明内容

本发明的目的解决现有磁性复合材料形状不均匀，普鲁士蓝层含量低，易于脱落的问题，而提供磁性普鲁士蓝纳米碳复合材料及其制备方法和用途。

本发明的磁性普鲁士蓝纳米碳复合材料，是由纳米碳材料、磁性无机纳米粒子和普鲁士蓝制成的，其中，纳米碳材料的质量百分含量为1～5%，磁性无机纳米粒子的质量百分含量为35～40%，普鲁士蓝的质量百分含量为55～60%。

本发明的磁性普鲁士蓝纳米碳复合材料的制备方法，是按照以下步骤进行的：

一、将纳米碳材料超声分散到去离子水中，得分散液A；

二、将磁性无机纳米粒子超声分散到浓度为1～2M的无机酸溶液中进行预处理后，用去离子水清洗磁性无机纳米粒子，将清洗后的磁性无机纳米粒子超声分散到去离子水中，得分散液B；

三、将步骤一得到的分散液A与步骤二得到的分散液B按体积比为1:0.4～2.5的比例混合搅拌10min，得混液；在搅拌条件下，向混液中加入浓度为50～60mM的三价铁盐溶液溶液，然后以0.5～1.5mL/min的滴加速度加入浓度为40～45mM的K₄[Fe(CN)₆]或Na₄[Fe(CN)₆]溶液，继续搅拌1h后，用磁铁分离，收集固体，得产物，将产物用去离子水洗涤3次后，然后在温度为40℃的条件下烘干，即完成磁性普鲁士蓝纳米碳复合材料的制备；

步骤一中所述的纳米碳材料与去离子水的质量体积比为1mg:0.5mL～50mL；

步骤二中所述的磁性无机纳米粒子与无机酸溶液的质量体积比1g:50mL～500mL；

步骤二中所述的清洗后的磁性无机纳米粒子与去离子水的质量体积比1g:10mL～500mL；

步骤三中所述的混液与三价铁盐溶液的体积比为1:0.2～5；

步骤三中所述的混液与K₄[Fe(CN)₆]或Na₄[Fe(CN)₆]溶液的体积比为1:0.5～1.5。

本发明的磁性普鲁士蓝纳米碳复合材料的制备方法，是按照以下步骤进行的：