[发明专利]具有核壳结构的磁性纳米粒子微生物复合材料及其制备方法与在偶氮染料处理中的应用

说明书

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，具体涉及具有核壳结构的磁性纳米粒子微生物复合材料及其制备方法与在偶氮染料处理中的应用。

背景技术

随着社会经济的发展，环境问题尤其突出，引起人们的强烈关注。偶氮染料作为一种合成染料在工业，造纸，皮革，化妆品，食品等领域有着广泛的应用，然而，由于使用不当和监管不严，对人们的生活环境造成了很大的影响，所以怎样处理偶氮染料成为人们的研究热点。最初，吸附法作为一种简单直接，吸附效果明显引起人们的关注，不过成本高，以及二次污染和循环利用低等阻碍其发展。所以，寻找一种经济，可持续的方法成为国内外研究的热点。生物法具有经济，环保，可持续的优势引起人们的关注，如果直接用微生物去降解染料，降解时间较长，还有高浓度的染料也会对微生物造成影响。所以单纯的利用微生物在实际实践中受到了限制。

发明内容

本发明是提供一种核壳结构的磁性纳米粒子微生物复合材料及其制备方法并用于偶氮染料处理，将磁性纳米粒子修饰到微生物上面，从而实现对染料的局部富集和分离效果，达到高效处理染料废水的效果。

为了达到上述目的，本发明具体技术方案如下：

一种具有核壳结构的磁性纳米粒子微生物复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将三氯化铁、柠檬酸钠、乙酸钠、乙二醇的混合物于180℃～200℃下反应8～10小时，制备四氧化三铁纳米粒子；然后将四氧化三铁纳米粒子分散到醇溶液中，然后加入巯基乙酸，超声反应，制备改性四氧化三铁纳米粒子；

（2）将改性四氧化三铁纳米粒子依次与三氯化铁、均苯三甲酸反应，制备核壳结构磁性纳米粒子；所述改性四氧化三铁纳米粒子依次与三氯化铁、均苯三甲酸反应的次数为8～20次；

（3）将核壳结构磁性纳米粒子修饰到微生物表面，制备具有核壳结构的磁性纳米粒子微生物复合材料。

本发明还公开了一种具有核壳结构的磁性纳米粒子及其制备方法，包括以下步骤：

（1）将三氯化铁、柠檬酸钠、乙酸钠、乙二醇的混合物于180℃～200℃下反应8～10小时，制备四氧化三铁纳米粒子；然后将四氧化三铁纳米粒子分散到醇溶液中，然后加入巯基乙酸，超声反应，制备改性四氧化三铁纳米粒子；

（2）将改性四氧化三铁纳米粒子依次与三氯化铁、均苯三甲酸反应，制备具有核壳结构的磁性纳米粒子；所述改性四氧化三铁纳米粒子依次与三氯化铁、均苯三甲酸反应的次数为8～20次。

本发明还公开了一种改性四氧化三铁纳米粒子及其制备方法，包括以下步骤：将三氯化铁、柠檬酸钠、乙酸钠、乙二醇的混合物于180℃～200℃下反应8～10小时，制备四氧化三铁纳米粒子；然后将四氧化三铁纳米粒子分散到醇溶液中，然后加入巯基乙酸，超声反应，制备改性四氧化三铁纳米粒子。

上述技术方案可如下举例进行：

（1）将三氯化铁，柠檬酸钠和乙酸钠用乙二醇溶解完全后，搅拌30分钟，然后将混合物放在反应釜中在180℃～200℃下反应8～10小时，然后冷却，洗涤，制备四氧化三铁纳米粒子；将制备好的四氧化三铁纳米粒子分散到乙醇中，然后加入巯基乙酸，在超声的条件下进行反应，制备改性四氧化三铁纳米粒子；

（2）将改性四氧化三铁纳米粒子放到三氯化铁的乙醇溶液中反应半个小时，然后分离洗涤后在放在均苯三甲酸溶液中反应1小时，这个操作步骤重复8～20次，制备核壳结构磁性纳米粒子；

（3）将核壳结构磁性纳米粒子修饰到微生物表面，从而制备复合材料。

上述技术方案中，三氯化铁、柠檬酸钠、乙酸钠的质量比为1:（1.5～2）:10，本发明制备的四氧化三铁利于进行后续修饰，与此同时，有较大的比表面积，利于整体材料的吸附性能。

上述技术方案中，四氧化三铁纳米粒子、巯基乙酸的质量比为100: （1～2）；在室温条件下超声反应，超声反应的时间为6～7小时，超声反应后将产物用超纯水和乙醇进行洗涤，制备改性四氧化三铁纳米粒子，通过改性后该纳米粒子表面具有羧基，羧基是进行下一步层层自组装步骤的必要基团，利于自组装稳定、成功。

上述技术方案中，将改性四氧化三铁纳米粒子依次放入三氯化铁和均苯三甲酸的乙醇溶液中反应，每次反应过后进行超声处理，反应8～20次后，将产物用超纯水和乙醇进行洗涤，然后干燥，得到核壳结构磁性纳米粒子。通过这种方法处理，可以四氧化三铁表面包裹一层多孔的纳米金属有机框架，该结构有很强的选择吸附能力，同时该核壳纳米粒子也可用于磁性分离。