[发明专利]一种具有核壳结构的磁性Fe3O4/PMMA纳米复合吸附剂及其制备方法

说明书

本发明属于水处理技术领域，具体为一种具有核壳结构的磁性Fe₃O₄/PMMA纳米复合吸附剂及其制备方法。本发明使用铁盐溶液控制化学氧化聚合方法来制备中空结构的Fe₃O₄磁性粉末，将PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）包覆在Fe₃O₄磁性粉末上，从而得到核壳结构的磁性Fe₃O₄/PMMA纳米复合吸附剂。本发明在没有表面活性剂，交联剂或有机稳定剂的条件下，采用超声辅助化学氧化聚合法绿色制备了核壳结构的磁性Fe₃O₄/PMMA纳米复合吸附剂。该种新型的吸附剂能够快速去除废水中的重金属，且吸收剂可以再生吸附，连续多次解吸后该种吸附剂的吸附仍具有很高的吸附效率，具有较大的工业利用价值。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体的说，涉及一种具有核壳结构的磁性Fe₃O₄/PMMA纳米复合吸附剂及其制备方法。

背景技术

污水中的重金属污染已经引起了越来越多的关注。其中，重金属由于其高毒性和流动性，对环境和人类健康有非常不利的影响。在废水中，重金属通常可以采用以下几种处理方法：电化学还原法，沉淀法，反渗透法，离子交换法和吸附法。纳米二氧化钛颗粒，绿色合成的Fe₃O₄纳米粒子等吸附剂已经用于废水中重金属镉的处理和处置。然而，分离和回收这些材料是一个挑战，特别是当粒径下降到纳米级。由于吸附成本低，能有效去除低浓度废水中的重金属所以，采用吸附法是一种有利的和可行的方法。与常规吸附剂相比，磁性吸附剂具有物理和化学稳定性好、机械强度高和耐磨性好的特性。铁和铁氧化物纳米材料已被用作还原或吸附重金属的材料。然而，一方面在酸性溶液中，纯的纳米粒子易于氧化。另一方面在一个连续流动系统中，这些纳米粒子难以回收。因此，为了保护磁性纳米粒子免受氧化，选用了核壳式的结构。

由于Fe₃O₄具有毒性和成本的双低属性，它已经被广泛应用于磁性材料的制备过程中而且已经实现了商业化的生产。从2010年起，中国已经成为世界上第二大电子废弃物的生产者，而PMMA是电子废弃物中的一个重要的组成部分，每年废弃量也很大。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有核壳结构的磁性Fe₃O₄/PMMA 纳米复合吸附剂及其制备方法。该制备方法简单，得到的吸附剂能够快速去除废水中的重金属，且可以再生吸附，连续多次解吸后该种吸附剂的吸附仍具有很高的吸附效率，具有较大的工业利用价值。

本发明提出的具有核壳结构的磁性Fe₃O₄/PMMA 纳米复合吸附剂，是一种以磁性无机的Fe₃O₄为核，利用超声辅助化学氧化聚合的方法，在磁性纳米粒子核外包裹一层PMMA而构成的磁性纳米复合吸附剂。当Fe₃O₄磁性粉末在弱酸环境下时，由于无机粒子表面大量羟基的弱静电效应，Fe₃O₄表面会吸附大量的H⁺，质子化的Fe₃O₄置于乙醇溶液中，并添加PMMA后，由于氮原子易结合质子，使PMMA吸附于表面的磁芯上。在添加过硫酸铵后，进行间歇超声，能辅助以改善样品的分散性。最终，聚合物逐渐沉积在磁核Fe₃O₄表面，形成核壳结构。一旦单体在样品的表面上聚合，聚合将继续作出反应，使聚合物链增长。本发明合成所得到的磁性纳米复合吸附剂具有更好的单分散性，包覆的厚度是均匀的。壳的厚度可以通过控制反应时间来控制。

本发明的技术方案具体介绍如下。