[发明专利]一种纳米磁性吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机无机复合材料，具体是涉及一种纳米磁性吸附剂及其制备方法。

背景技术

在国内，水污染问题日益受到人们关注，而现代工业的高速发展，使得水污染日益严重。尤其是印染废水和重金属废水对生态环境破坏很大，需要进行有效治理。工业废水的处理办法有氧化还原法、混凝沉淀法、超声降解法、电化学法以及吸附法等。其中，吸附法主要应用于预处理和深度处理。吸附法有两个关键点：一是吸附剂能否快速高效地吸附污染物分子，二是吸附剂能否易于从水体中回收分离，避免二次污染。

目前，吸附剂种类繁多，通常需要根据具体生产工艺和处理对象来选择不同吸附剂。由于Fe₃0₄磁性颗粒同时具有吸附性能和分离性能，因而被认为是一种良好的吸附剂。纳米磁性吸附剂的颗粒尺寸小，比表面积大，吸附能力强，最重要的是纳米磁性吸附剂在外磁场的作用下，能迅速从水体中分离出来，降低二次污染，同时可以克服超细吸附材料容易流失的弊病。例如，张盼月等人(一种磁性纳米吸附材料去除废水中阳离子有机染料的方法，中国专利，公开号：CN 101670266B)结合腐殖酸和磁性Fe₃0₄纳米颗粒的优势，将腐殖酸接枝于Fe₃0₄纳米颗粒表面，制备出吸附容量大、吸附速率高的磁性吸附剂，吸附后利用外加磁场可迅速实现分离。但是，纳米Fe₃0₄纳米颗粒表面之间有很强的范德华力，往往容易团聚，导致它们在溶液中的稳定性差，吸附质分子向团聚物内部扩散需要较长的时间，导致应用受到了一定的限制。为此，如何降低团聚，提高吸附率成为研究方向之一。例如：程志鹏等(纳米Fe₃0₄包覆凹凸棒磁性复合吸附剂的制备方法，中国专利，公开号：CN 102258978A)将纳米Fe₃0₄颗粒牢固附着在凹凸棒土的表面，制成纳米Fe₃0₄包覆凹凸棒磁性复合吸附剂，有效避免纳米Fe₃0₄的团聚现象，大大缩短了Fe₃0₄纳米吸附剂的吸附周期，提高吸附效率，但凹凸棒土尺寸较大，单分散性很差，使得纳米Fe₃0₄包覆凹凸棒磁性复合吸附剂易于沉降，影响该吸附剂的吸附效率。因此，寻求一种制备工艺简单、比表面积大、单分散性好、Fe₃0₄纳米颗粒负载率高的纳米磁性吸附剂在环保领域显得非常重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米磁性吸附剂及其制备方法。

所述纳米磁性吸附剂由空心聚合物微球和磁性Fe₃0₄纳米颗粒杂化组成；所述空心聚合物微球含有可配位的吡啶氮原子，空心聚合物微球与Fe₃0₄纳米颗粒之间存在配位键，Fe₃0₄纳米颗粒稳定生长在空心聚合物微球表面；所述空心聚合物微球由苯乙烯和乙烯基吡啶类单体通过种子乳液聚合方法共聚而成，所述苯乙烯和乙烯基吡啶类单体的质量比为(2～5)∶1。

空心聚合物微球表面具有一定粗糙度，使空心聚合物微球和磁性Fe₃0₄纳米颗粒杂化体不易团聚，分散性好，比表面积大，吸附速率快，吸附性能好。空心聚合物微球的粒径为200nm左右；所述空心聚合物微球的空心结构是由正辛烷在单体聚合过程中与生产的聚合物链之间形成相分离而产生，空心聚合物微球的空心内腔直径可为100～150nm。

所述Fe₃0₄纳米颗粒采用原位沉积法制备并负载在空心聚合物微球表面。

所述纳米磁性吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

1)空心聚合物微球乳液的制备

将十二烷基硫酸钠SDS、去离子水水浴超声混合形成水相，将苯乙烯和正辛烷混合形成油相，将油相投入水相中水浴超声后，再将所得体系转移至水浴锅中，氮气氛围下反应，再加入水溶性引发剂继续反应，然后加入乙烯基吡啶类单体的无水乙醇混合液反应，冷却后，即得空心聚合物微球乳液；

2)纳米磁性吸附剂的制备