專利名稱：一種具有活性氧化鋁殼層的磁性納米粒子的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有活性氧化鋁殼層的磁性納米粒子的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展，重金 屬污染已經(jīng)成為了危害環(huán)境和威脅人類身體健康的巨大隱患。由于低濃度的重金屬可以在人體內(nèi)的肝臟等器官內(nèi)富集，危害內(nèi)臟器官，從而嚴(yán)重危害人體的健康。同時，由于農(nóng)藥以及除草劑的大量使用，使大量的有機(jī)污染物進(jìn)入土壤，進(jìn)而隨著雨水進(jìn)入地下水體中，對人類的健康產(chǎn)生了巨大的威脅。因此，對重金屬離子的治理及對有機(jī)污染物吸收的技術(shù)及相關(guān)材料的研究引起了公眾和科學(xué)界的極大關(guān)注。就目前而言，治理重金屬污染的主要方法有離子交換樹脂法，活性炭吸附法，沸石吸附法和離子螯合劑固定法。這些方法各自有其優(yōu)點(diǎn)，但同時也存在著不足，離子交換樹脂對重金屬粒子的選擇性吸附效能高，但是對有機(jī)物吸附性能較弱，活性炭對有機(jī)污染物和重金屬粒子都有很好的吸附效果，活性炭價格較為昂貴，同時不可以重復(fù)利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種核殼型結(jié)構(gòu)的具有活性氧化鋁殼層的磁性納米粒子的制備方法。該方法簡單，操作簡便，易于實(shí)現(xiàn)，制備的磁性納米粒子比表面積較高，吸附量大，比表面積為75m2/g 92m2/g，采用本發(fā)明制備的磁性納米粒子對質(zhì)量濃度為1%的甲基橙溶液進(jìn)行吸附試驗(yàn)，吸附量為每克磁性納米粒子吸附O. 08克 O. 16克甲基橙。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種具有活性氧化鋁殼層的磁性納米粒子的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、向質(zhì)量濃度為5% 50%的三氯化鐵溶液中加入改性劑，攪拌均勻，然后在攪拌條件下向溶液中滴加氨水直至溶液的pH值為6 7，得到氫氧化鐵懸浮液；所述改性劑為聚乙二醇、阿拉伯樹膠、明膠、硬脂酸和羧甲基纖維素中的一種或幾種；所述改性劑的加入量為三氯化鐵溶液質(zhì)量的3% 10% ；步驟二、將質(zhì)量濃度為3% 30%的氯化鋁溶液加熱至30°C 80°C，然后將加熱后的氯化鋁溶液加入步驟一中所述氫氧化鐵懸浮液中，攪拌均勻得到混合物，再在攪拌條件下向混合物中滴加氨水直至混合物的PH值為7 8，靜置陳化2h 24h ;所述氯化鋁溶液的加入量按氯化鋁與步驟一中所述三氯化鐵的質(zhì)量比為10 : I 100計；步驟三、對步驟二中經(jīng)靜置陳化后的混合物進(jìn)行真空抽濾，洗滌濾餅，然后將洗滌后的濾餅供干；步驟四、將步驟三中烘干后的濾餅置于管式爐中，在溫度為400°C 800°C的條件下加熱分解2h 4h，自然冷卻后取出產(chǎn)物，最后將產(chǎn)物研磨，得到三氧化二鐵外包裹活性氧化鋁殼層的磁性納米粒子。
上述的一種具有活性氧化鋁殼層的磁性納米粒子的制備方法，步驟一中所述氨水的質(zhì)量濃度為3% 15%。上述的一種具有活性氧化鋁殼層的磁性納米粒子的制備方法，步驟一中所述滴加氨水過程中攪 拌的速率為IOOrpm 300rpm。上述的一種具有活性氧化鋁殼層的磁性納米粒子的制備方法，步驟一中所述聚乙二醇的相對分子質(zhì)量為200 6000。上述的一種具有活性氧化鋁殼層的磁性納米粒子的制備方法，步驟二中所述氨水的質(zhì)量濃度為3% 15%。上述的一種具有活性氧化鋁殼層的磁性納米粒子的制備方法，步驟二中所述滴加氨水過程中攪拌的速率為50rpm lOOrpm。上述的一種具有活性氧化鋁殼層的磁性納米粒子的制備方法，步驟三中所述烘干的溫度為80°C 110°C，烘干的時間為12h 48h。上述的一種具有活性氧化鋁殼層的磁性納米粒子的制備方法，步驟四中所述加熱分解的氣氛為空氣。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)I、本發(fā)明的制備方法簡單，操作簡便，易于實(shí)現(xiàn)。2、本發(fā)明制備的磁性納米粒子是一種核殼型結(jié)構(gòu)的納米粒子，外部為活性氧化鋁殼層，內(nèi)部為三氧化二鐵內(nèi)核，外部氧化鋁為多孔結(jié)構(gòu)，可以對有機(jī)污染物和重金屬離子產(chǎn)生強(qiáng)烈的吸附作用，使有機(jī)污染物和重金屬離子錨固在磁性納米粒子的表面，內(nèi)部的三氧化二鐵內(nèi)核具有磁性，可以在電磁鐵等定向磁場的作用下產(chǎn)生運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)分離從而省去了過濾，洗滌等工藝環(huán)節(jié)和相關(guān)的生產(chǎn)設(shè)備。3、采用本發(fā)明制備的磁性納米粒子作為吸附劑對有機(jī)污染物和重金屬離子進(jìn)行吸附處理，處理后的吸附有有機(jī)污染物活重金屬離子的磁性納米粒子可經(jīng)煅燒后重復(fù)利用，達(dá)到了節(jié)約成本的目的。4、本發(fā)明制備的磁性納米粒子比表面積較高，吸附量大，比表面積為75m2/g 92m2/g，采用本發(fā)明制備的磁性納米粒子對質(zhì)量濃度為1%的甲基橙溶液進(jìn)行吸附試驗(yàn)，吸附量為每克磁性納米粒子吸附O. 08克 O. 16克甲基橙。下面通過實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I步驟一、向質(zhì)量濃度為33%的三氯化鐵溶液中加入改性劑，攪拌均勻，然后在速率為150rpm的攪拌條件下向溶液中滴加質(zhì)量濃度為3%的氨水直至溶液的pH值為6，得到氫氧化鐵懸浮液；所述改性劑為羧甲基纖維素；所述改性劑的加入量為三氯化鐵溶液質(zhì)量的3% ；步驟二、將質(zhì)量濃度為5%的氯化鋁溶液加熱至30°C，然后將加熱后的氯化鋁溶液加入步驟一中所述氫氧化鐵懸浮液中，攪拌均勻得到混合物，再在速率為50rpm的攪拌條件下向混合物中滴加質(zhì)量濃度為3%的氨水直至混合物的pH值為7，靜置陳化3h ;所述氯化鋁溶液的加入量按氯化鋁與步驟一中所述三氯化鐵的質(zhì)量比為10 50計；
步驟三、對步驟二中經(jīng)靜置陳化后的混合物進(jìn)行真空抽濾，洗滌濾餅，然后將洗滌后的濾餅烘干；所述烘干的溫度為80°C，烘干的時間為48h ；步驟四、將步驟三中烘干后的濾餅置于管式爐中，在空氣氣氛下，溫度為400°C的條件下加熱分解4h，自然冷卻后取出灰色固體產(chǎn)物，最后將產(chǎn)物研磨，得到三氧化二鐵外包裹活性氧化鋁殼層的磁性納米粒子。經(jīng)測試，本實(shí)施例制備的磁性納米粒子的比表面積為81m2/g，采用本實(shí)施例制備的磁性納米粒子對質(zhì)量濃度為1%的甲基橙溶液進(jìn)行吸附試驗(yàn)，吸附量為每克磁性納米粒子吸附O. I克甲基橙。
實(shí)施例2本實(shí)施例與實(shí)施例I相同，其中不同之處在于所述改性劑為聚乙二醇、阿拉伯樹膠、明膠或硬脂酸，或者為聚乙二醇、阿拉伯樹膠、明膠、硬脂酸和羧甲基纖維素中的至少兩種。經(jīng)測試，本實(shí)施例制備的磁性納米粒子的比表面積為75m2/g 92m2/g，采用本實(shí)施例制備的磁性納米粒子對質(zhì)量濃度為1%的甲基橙溶液進(jìn)行吸附試驗(yàn)，吸附量為每克磁性納米粒子吸附O. 08克 O. 16克甲基橙。實(shí)施例3步驟一、向質(zhì)量濃度為37. 5%的三氯化鐵溶液中加入改性劑，攪拌均勻，然后在速率為200rpm的攪拌條件下向溶液中滴加質(zhì)量濃度為3%的氨水直至溶液的pH值為7，得到氫氧化鐵懸浮液；所述改性劑為聚乙二醇(相對分子質(zhì)量為1000)和明膠(質(zhì)量比為2 I)；所述改性劑的加入量為三氯化鐵溶液質(zhì)量的5% ；步驟二、將質(zhì)量濃度為8%的氯化鋁溶液加熱至40°C，然后將加熱后的氯化鋁溶液加入步驟一中所述氫氧化鐵懸浮液中，攪拌均勻得到混合物，再在速率為60rpm的攪拌條件下向混合物中滴加質(zhì)量濃度為3%的氨水直至混合物的pH值為8，靜置陳化6h ;所述氯化鋁溶液的加入量按氯化鋁與步驟一中所述三氯化鐵的質(zhì)量比為10 : 2計；步驟三、對步驟二中經(jīng)靜置陳化后的混合物進(jìn)行真空抽濾，洗滌濾餅，然后將洗滌后的濾餅烘干；所述烘干的溫度為90°C，烘干的時間為28h ；步驟四、將步驟三中烘干后的濾餅置于管式爐中，在空氣氣氛下，溫度為500°C的條件下加熱分解3h，自然冷卻后取出灰色固體產(chǎn)物，最后將產(chǎn)物研磨，得到三氧化二鐵外包裹活性氧化鋁殼層的磁性納米粒子。經(jīng)測試，本實(shí)施例制備的磁性納米粒子的比表面積為75m2/g，采用本實(shí)施例制備的磁性納米粒子對質(zhì)量濃度為1%的甲基橙溶液進(jìn)行吸附試驗(yàn)，吸附量為每克磁性納米粒子吸附O. 11克甲基橙。實(shí)施例4本實(shí)施例與實(shí)施例3相同，其中不同之處在于所述改性劑為聚乙二醇、阿拉伯樹膠、明膠、硬脂酸和羧甲基纖維素中的一種、三種、四種或五種，或者為阿拉伯樹膠、明膠、硬脂酸和羧甲基纖維素中的兩種，或者為阿拉伯樹膠、硬脂酸和羧甲基纖維素中的一種與聚乙二醇的混合物。經(jīng)測試，本實(shí)施例制備的磁性納米粒子的比表面積為75m2/g 92m2/g，采用本實(shí)施例制備的磁性納米粒子對質(zhì)量濃度為1%的甲基橙溶液進(jìn)行吸附試驗(yàn)，吸附量為每克磁性納米粒子吸附O. 08克 O. 16克甲基橙。實(shí)施例5步驟一、向質(zhì) 量濃度為27%的三氯化鐵溶液中加入改性劑，攪拌均勻，然后在速率為230rpm的攪拌條件下向溶液中滴加質(zhì)量濃度為5%的氨水直至溶液的pH值為6. 5，得到氫氧化鐵懸浮液；所述改性劑為相對分子質(zhì)量為200的聚乙二醇；所述改性劑的加入量為三氯化鐵溶液質(zhì)量的6% ；步驟二、將質(zhì)量濃度為7%的氯化鋁溶液加熱至30°C，然后將加熱后的氯化鋁溶液加入步驟一中所述氫氧化鐵懸浮液中，攪拌均勻得到混合物，再在速率為70rpm的攪拌條件下向混合物中滴加質(zhì)量濃度為5%的氨水直至混合物的pH值為7. 5，靜置陳化8h ;所述氯化鋁溶液的加入量按氯化鋁與步驟一中所述三氯化鐵的質(zhì)量比為10 : 5計；步驟三、對步驟二中經(jīng)靜置陳化后的混合物進(jìn)行真空抽濾，洗滌濾餅，然后將洗滌后的濾餅烘干；所述烘干的溫度為100°c，烘干的時間為15h ；步驟四、將步驟三中烘干后的濾餅置于管式爐中，在空氣氣氛下，溫度為600°C的條件下加熱分解3h，自然冷卻后取出灰色固體產(chǎn)物，最后將產(chǎn)物研磨，得到三氧化二鐵外包裹活性氧化鋁殼層的磁性納米粒子。經(jīng)測試，本實(shí)施例制備的磁性納米粒子的比表面積為86m2/g，采用本實(shí)施例制備的磁性納米粒子對質(zhì)量濃度為1%的甲基橙溶液進(jìn)行吸附試驗(yàn)，吸附量為每克磁性納米粒子吸附O. 15克甲基橙。實(shí)施例6本實(shí)施例與實(shí)施例5相同，其中不同之處在于所述改性劑為阿拉伯樹膠、明膠、硬脂酸或羧甲基纖維素，或者為聚乙二醇、阿拉伯樹膠、明膠、硬脂酸和羧甲基纖維素中的至少兩種。經(jīng)測試，本實(shí)施例制備的磁性納米粒子的比表面積為75m2/g 92m2/g，采用本實(shí)施例制備的磁性納米粒子對質(zhì)量濃度為1%的甲基橙溶液進(jìn)行吸附試驗(yàn)，吸附量為每克磁性納米粒子吸附O. 08克 O. 16克甲基橙。實(shí)施例7步驟一、向質(zhì)量濃度為50%的三氯化鐵溶液中加入改性劑，攪拌均勻，然后在速率為300rpm的攪拌條件下向溶液中滴加質(zhì)量濃度為6%的氨水直至溶液的pH值為6，得到氫氧化鐵懸浮液；所述改性劑為阿拉伯樹膠、明膠和硬脂酸(質(zhì)量比為I : 2 I);所述改性劑的加入量為三氯化鐵溶液質(zhì)量的4% ；步驟二、將質(zhì)量濃度為30%的氯化鋁溶液加熱至60°C，然后將加熱后的氯化鋁溶液加入步驟一中所述氫氧化鐵懸浮液中，攪拌均勻得到混合物，再在速率為IOOrpm的攪拌條件下向混合物中滴加質(zhì)量濃度為15%的氨水直至混合物的pH值為8，靜置陳化24h ;所述氯化鋁溶液的加入量按氯化鋁與步驟一中所述三氯化鐵的質(zhì)量比為10 : I計；步驟三、對步驟二中經(jīng)靜置陳化后的混合物進(jìn)行真空抽濾，洗滌濾餅，然后將洗滌后的濾餅烘干；所述烘干的溫度為110°C，烘干的時間為12h ；步驟四、將步驟三中烘干后的濾餅置于管式爐中，在空氣氣氛下，溫度為700°C的條件下加熱分解2h，自然冷卻后取出灰色固體產(chǎn)物，最后將產(chǎn)物研磨，得到三氧化二鐵外包裹活性氧化鋁殼層的磁性納米粒子。
經(jīng)測試，本實(shí)施例制備的磁性納米粒子的比表面積為92m2/g，采用本實(shí)施例制備的磁性納米粒子對質(zhì)量濃度為1%的甲基橙溶液進(jìn)行吸附試驗(yàn)，吸附量為每克磁性納米粒子吸附O. 16克甲基橙。實(shí)施例8本實(shí)施例與實(shí)施例7相同,其中不同之處在于所述改性劑為聚乙二醇、阿拉伯樹膠、明膠、硬脂酸和羧甲基纖維素中的一種、兩種、四種或五種，或者為聚乙二醇、明膠、硬脂酸和羧甲基纖維素中的三種，或者為聚乙二醇、硬脂酸和羧甲基纖維素中的兩種與阿拉伯樹膠的混合物，或者為聚乙二醇或羧甲基纖維素與明膠和阿拉伯樹膠的混合物。經(jīng)測試，本實(shí)施例制備的磁性納米粒子的比表面積為75m2/g 92m2/g，采用本實(shí) 施例制備的磁性納米粒子對質(zhì)量濃度為1%的甲基橙溶液進(jìn)行吸附試驗(yàn)，吸附量為每克磁性納米粒子吸附O. 08克 O. 16克甲基橙。實(shí)施例9步驟一、向質(zhì)量濃度為5%的三氯化鐵溶液中加入改性劑，攪拌均勻，然后在速率為IOOrpm的攪拌條件下向溶液中滴加質(zhì)量濃度為15%的氨水直至溶液的pH值為7，得到氫氧化鐵懸浮液；所述改性劑為相對分子質(zhì)量為6000的聚乙二醇；所述改性劑的加入量為三氯化鐵溶液質(zhì)量的10% ；步驟二、將質(zhì)量濃度為3%的氯化鋁溶液加熱至80°C，然后將加熱后的氯化鋁溶液加入步驟一中所述氫氧化鐵懸浮液中，攪拌均勻得到混合物，再在速率為IOOrpm的攪拌條件下向混合物中滴加質(zhì)量濃度為10%的氨水直至混合物的pH值為7，靜置陳化2h ;所述氯化鋁溶液的加入量按氯化鋁與步驟一中所述三氯化鐵的質(zhì)量比為10 100計；步驟三、對步驟二中經(jīng)靜置陳化后的混合物進(jìn)行真空抽濾，洗滌濾餅，然后將洗滌后的濾餅烘干；所述烘干的溫度為80°C，烘干的時間為48h ；步驟四、將步驟三中烘干后的濾餅置于管式爐中，在空氣氣氛下，溫度為800°C的條件下加熱分解2h，自然冷卻后取出灰色固體產(chǎn)物，最后將產(chǎn)物研磨，得到三氧化二鐵外包裹活性氧化鋁殼層的磁性納米粒子。經(jīng)測試，本實(shí)施例制備的磁性納米粒子的比表面積為76m2/g，采用本實(shí)施例制備的磁性納米粒子對質(zhì)量濃度為1%的甲基橙溶液進(jìn)行吸附試驗(yàn)，吸附量為每克磁性納米粒子吸附O. 08克甲基橙。實(shí)施例10本實(shí)施例與實(shí)施例9相同，其中不同之處在于所述改性劑為阿拉伯樹膠、明膠、硬脂酸或羧甲基纖維素，或者為聚乙二醇、阿拉伯樹膠、明膠、硬脂酸和羧甲基纖維素中的至少兩種。經(jīng)測試，本實(shí)施例制備的磁性納米粒子的比表面積為75m2/g 92m2/g，采用本實(shí)施例制備的磁性納米粒子對質(zhì)量濃度為1%的甲基橙溶液進(jìn)行吸附試驗(yàn)，吸附量為每克磁性納米粒子吸附O. 08克 O. 16克甲基橙。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種具有活性氧化鋁殼層的磁性納米粒子的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 步驟一、向質(zhì)量濃度為5% 50%的三氯化鐵溶液中加入改性劑，攪拌均勻，然后在攪拌條件下向溶液中滴加氨水直至溶液的PH值為6 7，得到氫氧化鐵懸浮液；所述改性劑為聚こニ醇、阿拉伯樹膠、明膠、硬脂酸和羧甲基纖維素中的ー種或幾種；所述改性劑的加入量為三氯化鐵溶液質(zhì)量的3% 10% ； 步驟ニ、將質(zhì)量濃度為3% 30%的氯化鋁溶液加熱至30°C 80°C，然后將加熱后的氯化鋁溶液加入步驟一中所述氫氧化鐵懸浮液中，攪拌均勻得到混合物，再在攪拌條件下向混合物中滴加氨水直至混合物的PH值為7 8，靜置陳化2h 24h ;所述氯化鋁溶液的加入量按氯化鋁與步驟一中所述三氯化鐵的質(zhì)量比為10 : I 100計； 步驟三、對步驟ニ中經(jīng)靜置陳化后的混合物進(jìn)行真空抽濾，洗滌濾餅，然后將洗滌后的濾餅烘干； 步驟四、將步驟三中烘干后的濾餅置于管式爐中，在溫度為400°C 800°C的條件下加熱分解2h 4h，自然冷卻后取出產(chǎn)物，最后將產(chǎn)物研磨，得到三氧化ニ鐵外包裹活性氧化鋁殼層的磁性納米粒子。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種具有活性氧化鋁殼層的磁性納米粒子的制備方法，其特征在于，步驟一中所述氨水的質(zhì)量濃度為3% 15%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種具有活性氧化鋁殼層的磁性納米粒子的制備方法，其特征在于，步驟一中所述滴加氨水過程中攪拌的速率為IOOrpm 300rpm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種具有活性氧化鋁殼層的磁性納米粒子的制備方法，其特征在于，步驟一中所述聚こニ醇的相對分子質(zhì)量為200 6000。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種具有活性氧化鋁殼層的磁性納米粒子的制備方法，其特征在于，步驟ニ中所述氨水的質(zhì)量濃度為3% 15%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種具有活性氧化鋁殼層的磁性納米粒子的制備方法，其特征在于，步驟ニ中所述滴加氨水過程中攪拌的速率為50rpm lOOrpm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種具有活性氧化鋁殼層的磁性納米粒子的制備方法，其特征在于，步驟三中所述烘干的溫度為80°C 110°C，烘干的時間為12h 48h。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種具有活性氧化鋁殼層的磁性納米粒子的制備方法，其特征在于，步驟四中所述加熱分解的氣氛為空氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有活性氧化鋁殼層的磁性納米粒子的制備方法，該方法為一、向三氯化鐵溶液中加入改性劑，攪拌均勻，滴加氨水，得到氫氧化鐵懸浮液；二、將氯化鋁溶液加熱，然后加入氫氧化鐵懸浮液中，攪拌均勻得到混合物，向混合物中滴加氨水，靜置陳化；三、真空抽濾，洗滌濾餅，烘干；四、將濾餅置于管式爐中加熱分解，自然冷卻后取出產(chǎn)物，研磨，得到磁性納米粒子。本發(fā)明的制備方法簡單，操作簡便，易于實(shí)現(xiàn)，制備的磁性納米粒子是一種核殼型結(jié)構(gòu)的納米粒子，外部氧化鋁為多孔結(jié)構(gòu)，可以對有機(jī)污染物和重金屬離子產(chǎn)生強(qiáng)烈的吸附作用，使其錨固在磁性納米粒子的表面，內(nèi)部的三氧化二鐵內(nèi)核具有磁性，可在定向磁場作用下產(chǎn)生運(yùn)動實(shí)現(xiàn)分離。
文檔編號B01J20/28GK102773070SQ20121030564
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月26日
發(fā)明者陳進(jìn) 申請人:西安科技大學(xué)