一种功能性磁性纳米微球吸附剂的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明公开了一种功能性磁性纳米微球吸附剂的制备方法，属于磁性纳米微球领域。
【背景技术】
[0002]我们可将磁性纳米粒子的修饰方法分为三类:(I)磁性纳米粒子的分子功能化，SP通过简单的物理、化学方法将功能化小分子修饰于磁性纳米粒子表面的过程;(2)将磁性纳米粒子表面包覆功能化外壳的修饰方法；(3 )通过物理包埋的方法制备出磁性复合材料的方法。即在其它功能材料的分散体系下，加入铁源及其它必要的反应试剂，制备出表面分散磁性纳米粒子的磁性复合材料，通过这种方法得到的复合材料不但具有磁性纳米粒子独特的磁学特性而且保留了这种功能材料最初的物理化学性质。
[0003]纳米材料具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等优良特性，是近年来的研究热点。在水样中污染物的分离富集方面纳米材料具有较大的应用潜力，主要是因为纳米材料的两大优点:一、表面积大，吸附容量大;二是路径短，平衡速度快。但是纳米材料粒径小，应用之后难以从溶液中分离出来。如果纳米材料进入环境中，可能会对环境造成危害。磁性纳米材料具有很高的表面能，很容易发生团聚，为了提高其分散性和稳定性，同时赋予它更加丰富的物理化学性质，满足不同领域的应用要求，需要对磁性纳米材料进行稳定化、表面
修饰、包覆处理。在磁性纳米颗粒的表面覆盖一层高分子材料，可以有效的保护磁性纳米颗粒，增加材料的化学稳定性及在溶液中的分散性，并且引入各种新的官能团，从而进一步扩展磁性纳米颗粒的应用领域。
【发明内容】
[0004]本发明主要解决的技术问题:针对目前磁性纳米材料具有很高的表面能，很容易发生团聚，将其应用到废水处理之后难以从溶液中分离出来，回收困难、二次污染，对环境造成危害的问题，提供了一种功能性磁性纳米微球吸附剂的制备方法，本发明选取天然磁铁矿石粉碎处理后加入到用淀粉和聚丙烯酰胺制备得到的粘稠浓缩液中浸泡，浸泡后煅烧得炭壳层包覆的磁性纳米微球，从蛋清中提取富含氨基酸的上清液包覆在磁性纳米微球表面，干燥即可，本发明在磁性纳米颗粒表面包覆高分子材料，既可以避免其被空气及水中的氧化还原性物质侵蚀，又能保持稳定的磁性，在溶液中良好的分散性，提取富含氨基酸的上清液包覆其表面，引入氨基官能团，能够高效去除水中的难降解的有毒污染物、有机染料等污染物。
[0005 ]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
1.(I)挑选2?3kg天然磁铁矿石，先用冲击式矿石破碎机将其破碎，过50?60目标准筛，收集过筛矿石粒放入碳化钨球磨罐中，加入20?30颗氧化锆球磨珠，球磨I?2h后分离得到磁铁矿石粉末，用浓度为0.02mol/L的盐酸溶液冲洗3?5次，常温下自然风干备用； 2.(2)取3?5个鸡蛋，在较尖的一头凿出小洞，用注射器吸取出蛋清，装入带有温度计和回流冷凝管的三口烧瓶中，再向里加入蛋清总体积3?5倍，浓度为5mol/L的盐酸溶液，混合均匀后移入水浴锅中，加热至100?120°C，回流18?24h;
3.(3)回流结束后立即将回流液移入高压釜中，加压至5?7MPa，保温高压水解10?12h，将水解液移入卧式离心机中，以10000?120001'/111；[11的转速高速离心15?20111；[11，分离去除沉淀物，得到富含氨基酸的上清液，备用；
4.(4)称取20?30g淀粉和3?5g聚丙烯酰胺加入到300?400mL硅溶胶中，用玻璃棒缓慢搅拌，并在搅拌过程中依次加入5?1g葡萄糖和8?1mL质量浓度为25%的氢氧化钠溶液，继续搅拌直至无絮凝物产生后，将混合悬浊液移入旋转蒸发器中，旋蒸至悬浊液体积变为原体积的3/4，得粘稠浓缩液；
5.(5)将上述风干后磁铁矿石粉末按固液比为1:5浸入粘稠浓缩液中，放入超声振荡仪中，在150?200W的功率下超声混合30?50min，使粘稠浓缩液裹覆在磁铁矿粉末表面，过滤后将裹覆后的粉末放入炭化炉，以5°C/min的速率升温至400?500 °C，煅烧3?5h，冷却至室温后得炭壳层包覆的磁性纳米微球；
6.(6)将上述备用的富含氨基酸的上清液装入高压喷枪中，以7?9KPa的压力将其喷射在炭壳层包覆后的磁性纳米微球上，持续喷射I?2h后，过滤去除滤液，将滤出物放入烘箱，在40?50°C下干燥至恒重，即得一种功能性磁性纳米微球吸附剂。
[0006]本发明的应用方法:将本发明制得功能性磁性纳米微球吸附剂应用到废水处理中，向3?5L重金属废水中，测得废水的pH值为5.2?6.0，在室温下，向水中按3?5g/L加入磁性纳米微球吸附剂，先测得金属离子起始浓度分别为Cd2+为160?180mg/L，Zn2+为150?190mg/L，Pb2+为50?80mg/L，Cu2+为25?35mg/L，亚甲基蓝浓度为15?18mgL，梓檬黄浓度为15?20mg/L，加入后混合搅拌15?20min，测得金属离子分别为Cd2+为10?25mg/L，Zn2+为5?7mg/L，Pb2+为3?5mg/L，Cu2+为I?3mg/L，亚甲基蓝浓度为0.1mgL，梓檬黄浓度为0.1mg/L0
[0007]7.本发明的有益效果是:
(1)本发明在磁性纳米颗粒表面包覆高分子材料，既可以避免其被空气及水中的氧化还原性物质侵蚀，又能保持稳定的磁性，在溶液中良好的分散性；
(2)本发明提取富含氨基酸的上清液包覆其表面，引入氨基官能团，能够高效去除水中的难降解的有毒污染物、有机染料等污染物。
【具体实施方式】
[0008]8.首先挑选2?3kg天然磁铁矿石，先用冲击式矿石破碎机将其破碎，过50?60目标准筛，收集过筛矿石粒放入碳化钨球磨罐中，加入20?30颗氧化锆球磨珠，球磨I?2h后分离得到磁铁矿石粉末，用浓度为0.02mol/L的盐酸溶液冲洗3?5次，常温下自然风干备用;取3?5个鸡蛋，在较尖的一头凿出小洞，用注射器吸取出蛋清，装入带有温度计和回流冷凝管的三口烧瓶中，再向里加入蛋清总体积3?5倍，浓度为5mol/L的盐酸溶液，混合均匀后移入水浴锅中，加热至100?120°C，回流18?24h;回流结束后立即将回流液移入高压釜中，加压至5?7MPa，保温高压水解10?12h，将水解液移入卧式离心机中，以10000?12000r/min的转速高速离心15?20min，分离去除沉淀物，得到富含氨基酸的上清液，备用；称取20?30g淀粉和3?5g聚丙烯酰胺加入到300?400mL硅溶胶中，用玻璃棒缓慢搅拌，并在搅拌过程中依次加入5?1g葡萄糖和8?1mL质量浓度为25%的氢氧化钠溶液，继续搅拌直至无絮凝物产生后，将混合悬浊液移入旋转蒸发器中，旋蒸至悬浊液体积变为原体积的3/4，得粘稠浓缩液;将上述风干后磁铁矿石粉末按固液比为1:5浸入粘稠浓缩液中，放入超声振荡仪中，在150?200W的功率下超声混合30?50min，使粘稠浓缩液裹覆在磁铁矿粉末表面，过滤后将裹覆后的粉末放入炭化炉，以5°C/min的速率升温至400?500°C，煅烧3?5h，冷却至室温后得炭壳层包覆的磁性纳米微球;将上述备用的富含氨基酸的上清液装入高压喷枪中，以7?9KPa的压力将其喷射在炭壳层包覆后的磁性纳米微球上，持续喷射I?2h后，过滤去除滤液，将滤出物放入烘箱，在40?50°C下干燥至恒重，即得一种功能性磁性纳米微球吸附剂。
[0009]实例I
9.首先挑选2kg天然磁铁矿石，先用冲击式矿石破碎机将其破碎，过50目标准筛，收集过筛矿石粒放入碳化钨球磨罐中，加入20颗氧化锆球磨珠，球磨Ih后分离得到磁铁矿石粉末，用浓度为0.02mol/L的盐酸溶液冲洗3次，常温下自然风干备用;取3个鸡蛋，在较尖的一头凿出小洞，用注射器吸取出蛋清，装入带有温度计和回流冷凝管的三口烧瓶中，再向里加入蛋清总体积3倍，浓度为5mol/L的盐酸溶液，混合均匀后移入水浴锅中，加热至100°C，回流18h;回流结束后立即将回流液移入高压釜中，加压至5MPa，保温高压水解10h，将水解液移入卧式离心机中，以10000r/min的转速高速离心15min，分离去除沉淀物，得到富含氨基酸的上清液，备用；称取20g淀粉和3g聚丙烯酰胺加入到300mL硅溶胶中，用玻璃棒缓慢搅拌，并在搅拌过程中依次加入5g葡萄糖和8mL质量浓度为25%的氢氧化钠溶液，继续搅拌直至无絮凝物产生后，将混合悬浊液移入旋转蒸发器中，旋蒸至悬浊液体积变为原体积的3/4，得粘稠浓缩液;将上述风干后磁铁矿石粉末按固液比为I: 5浸入粘稠浓缩液中，放入超声振荡仪中，在150W的功率下超声混合30min，使粘稠浓缩液裹覆在磁铁矿粉末表