CN104923175A - 一种Fe3O4磁纳米颗粒及其制备方法和应用 - Google Patents
一种Fe3O4磁纳米颗粒及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104923175A CN104923175A CN201410109954.6A CN201410109954A CN104923175A CN 104923175 A CN104923175 A CN 104923175A CN 201410109954 A CN201410109954 A CN 201410109954A CN 104923175 A CN104923175 A CN 104923175A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nano particle
- magnetic nano
- preparation
- magnetic
- dye molecule
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
本发明涉及一种Fe3O4磁纳米颗粒及其制备方法和应用，该Fe3O4磁纳米颗粒包含Fe3O4纳米颗粒，聚乙二醇衍生物和环糊精衍生物。该颗粒吸附能力强，可用于吸附染料废水中的染料分子，吸附了染料分子的磁纳米颗粒可通过使用外部磁铁迅速去除，不会引起二次污染。
Description
技术领域
本发明属于生物环保领域，具体涉及一种能够清除染料废水污染的Fe3O4磁纳米颗粒及其制备方法和应用。
技术背景
染料工业的发展为人类带来丰富多彩的视觉享受的同时，也对人类及生态环境造成了严重的威胁。染料分子的化学性质稳定，生物可降解性低，具有潜在的毒性及致癌、致畸变作用。
工业染料废水的处理及环境水中染料污染的去除越来越为人们所关注。因此各种生物降解及物理-化学方法，如絮凝、催化氧化、膜过滤和吸附等，都被用于染料废水的处理，其中吸附去除法因其经济、高效、操作简便，应用最为广泛。纯Fe3O4纳米颗粒作为一种新兴的吸附剂，具有常规吸附剂所不具备的超顺磁性、小尺寸、比表面积大等一系列优点，并且，磁性纳米材料易于操控，能够快速进行磁分离，因此可用于处理污染液。但是，由于具有大的比表面积和表面疏水性，纯Fe3O4纳米颗粒容易团聚以减少能量，同时由于强的化学活性，它们也很容易在空气中氧化，从而导致吸附能力变弱。
本发明现提供一种Fe3O4磁纳米颗粒，该颗粒与纯Fe3O4纳米颗粒相比，吸附能力更强，能为染料污染的清除提供一种高效便捷经济的工具。
发明内容
本发明的目的是提供一种Fe3O4磁纳米颗粒，该颗粒与纯Fe3O4纳米颗粒相比，吸附能力更强，能为染料污染的清除提供一种高效便捷经济的工具。
本发明的另一目的是提供上述Fe3O4磁纳米颗粒的制备方法。
本发明的另一目的是提供上述Fe3O4磁纳米颗粒在清除染料废水中染料分子的应用。
本发明的另一个目的是提供一种清除染料废水中染料分子的方法。
本发明具体涉及一种Fe3O4磁纳米颗粒，该颗粒中包含Fe3O4纳米颗粒，聚乙二醇衍生物，环糊精衍生物。
该Fe3O4磁纳米颗粒的制备方法如下：
将质量比为1:4—4:1的聚乙二醇衍生物与环糊精衍生物加入50ml水中，再加入体积为上述液体体积1/2的氢氧化钠与氨水的混合碱液，快速搅拌使其溶解，在60—100℃下保温5min，再加入FeCl3与FeCl2混合铁液，混合铁液与混合碱液的体积比为1:2，于60—100℃下反应10-30min，加冰醋酸调溶液pH至6.0-8.0，将上述溶液2000rpm离心5min后取上清液，上清液再10000rpm离心5min取沉淀，将沉淀重新分散于水中，即得Fe3O4磁纳米颗粒。
其中，聚乙二醇衍生物与环糊精衍生物质量比为1：1，所述聚乙二醇衍生物为聚乙二醇400或聚乙二醇600，环糊精衍生物为羟丙基β环糊精。
所述混合碱液的制备方法如下，先将体积比为3:1的10M NaOH溶液与氨水混合，再加入上述混合溶液5倍体积的蒸馏水稀释后制得。
所述混合铁液的制备方法如下，将质量比21:13的FeCl3与FeCl2混匀，再加入与铁源质量体积比为3:25的蒸馏水溶解制得。
本发明制得的Fe3O4磁纳米颗粒可用于清除染料废水中的染料分子。其中，Fe3O4磁纳米颗粒为阳离子颗粒，可用于清除染料废水中的阴离子染料分子。
本发明还提供一种清除染料废水中染料分子的方法，具体清除方法如下：将所述的Fe3O4磁纳米颗粒置于含有染料分子的染料废水中，待其吸附染料分子后，使用磁分离法将吸附有染料分子的Fe3O4磁纳米颗粒与溶液分离。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述Fe3O4磁纳米颗粒，与纯Fe3O4纳米颗粒相比，吸附能力更强，能为染料污染的清除提供一种高效便捷经济的工具。
2.本发明提供了一种制备Fe3O4磁纳米颗粒的方法，该方法可以制备出能够高效吸附染料分子的Fe3O4磁纳米颗粒。
3.本发明的Fe3O4磁纳米颗粒为阳离子颗粒，吸附力强，可用于清除染料废水中的阴离子染料分子。
4.本发明提供了一种用于清除染料废水中的染料分子的方法，该方法操作简单，吸附效率高，吸附了染料分子的磁纳米颗粒可通过使用外部磁铁迅速去除，不会引起二次污染。
附图说明
图1水中分散磁性纳米颗粒透射电镜照片
图2磁性纳米颗粒红外图谱
图3磁性纳米颗粒X射线衍射图谱
图4磁性纳米颗粒热重分析结果
图5磁性纳米颗粒磁滞回线图谱
以下提供具体实施例以实现本发明所述的Fe3O4磁纳米颗粒及其制备方法和应用，但不限于这些实施例。
具体实施例
实施例1 Fe
3
O
4
磁纳米颗粒的制备方法
（1）混合碱液的制备方法：先将体积比为3:1的10M NaOH溶液与氨水混合，再加入上述混合溶液5倍体积的蒸馏水稀释后制得。
（2）混合铁液的制备方法：将质量比21:13的FeCl3与FeCl2混匀，再加入与铁源质量体积比为3:25的蒸馏水溶解制得。
（3）Fe3O4磁纳米颗粒的制备方法：将质量比为1:4—4:1的聚乙二醇衍生物与环糊精衍生物加入50ml水中，再加入体积为上述液体体积1/2的氢氧化钠与氨水的混合碱液，快速搅拌使其溶解，在60—100℃下保温5min，再加入FeCl3与FeCl2混合铁液，混合铁液与混合碱液的体积比为1:2，于60—100℃下反应10-30min，加冰醋酸调溶液pH至6.0-8.0，将上述溶液2000rpm离心5min后取上清液，上清液再10000rpm离心5min取沉淀，将沉淀重新分散于水中，即得Fe3O4磁纳米颗粒。该颗粒中包含Fe3O4纳米颗粒，聚乙二醇衍生物，环糊精衍生物。
其中，聚乙二醇衍生物与环糊精衍生物质量比为1：1。所述聚乙二醇衍生物为聚乙二醇400或聚乙二醇600，环糊精衍生物为羟丙基β环糊精。
实施例2 Fe
3
O
4
磁纳米颗粒的表征检测
本发明所述Fe3O4磁纳米颗粒通过透射电子显微镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR)、X射线衍射（XRD）等对其结构与性能进行了表征。
(1)透射电镜
取水分散磁性溶液，适当稀释后，滴于铜网上，自然干燥后置JEM 1200 EX透射电镜下观察纳米粒子的大小和形态(图1)。由图1可以看出，磁性纳米颗粒的平均粒径约为6nm左右。
（2）红外分析
精密称取适量磁性纳米颗粒干燥粉末，用KBr研磨压片后， 采用NEXUS 670型傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR, Nicolet)，在4000-500 cm-1波数范围内进行分析，结果见图2。
由图2可知，磁颗粒红外图谱中570.02cm-1吸收峰为Fe-O特征伸缩振动峰，942.17 cm-1为环糊精分子R-1，4键的骨架振动峰，1082 cm-1和1028 cm-1的峰来源于环糊精分子中C–C、C–O伸缩振动的耦合。3300–3450 cm-1的宽峰为磁性纳米颗粒表面O-H的伸缩振动峰。同时，磁性纳米颗粒的红外谱图中出现了PEG分子的C-H对称振动峰2860 cm-1，以及C-O-C不对称伸缩振动峰1346.50 cm-1。红外测定结果表明磁性纳米颗粒表面已包覆有HP-b-CD分子及PEG400。
（3）X射线衍射（XRD）
取干燥的磁性纳米粒子置于X’Pert Pro型多功能X射线衍射仪 (XRD, Panalytical)上进行分析，采用Cu靶Kα辐射，对样品的主要衍射峰进行晶形分析，结果见图3。由图3可知，制备的磁性纳米颗粒的X射线衍射结果显示，磁性粒子的XRD谱分别在30.24,35.52,43.44, 53.63,57.04,62.59 时出现主要衍射峰，与JPCD磁铁矿卡接近（卡号89-3854），依次对应于标准Fe3O4的｛220｝、｛311｝、 ｛400｝ 、｛422｝、｛511｝和｛440｝面网， 说明制备的磁性纳米粒子为Fe3O4纳米粒子。
（4）热重分析（TG）
采用TGA-1090B综合热重分析仪，以10℃/min的速度，从室温升温至800℃，监测干燥样品的失重（载气为空气），结果见图4。图4表明，样品在100℃以前的失重，主要来自于磁颗粒表面吸附水的挥发。未经环糊精、PEG修饰的磁性颗粒，在100℃以后失重较小，仅失重1.06%，而经环糊精、PEG修饰的磁性颗粒在223℃左右开始出现明显失重，至800℃，共失重5.59%。热重分析结果进一步证实，磁性纳米颗粒已被环糊精、PEG分子包覆。
（5）磁性纳米颗粒的磁滞回线图谱
精密称取一定质量干燥纳米颗粒于小胶囊中，放置在7304型震动样品磁强计 (VSM, LakeShore)中，测定磁滞回线。采用振动样品磁强计测定磁性纳米颗粒的磁滞回线，图谱见图5。磁化率大小表明了样品对外加磁场的磁响应能力，当外加磁场固定时，磁化率越大，说明样品对外加磁场的响应能力越强。由图5可以看出磁性粒子的饱和磁化强度约为53.56emu/g，说明磁性颗粒磁响应性较好。同时，磁滞回线为一条闭合的曲线，说明所制备的磁性纳米粒子具有超顺磁性。
通过以上表征证明所制颗粒中包含Fe3O4纳米颗粒，聚乙二醇衍生物和环糊精衍生物，并且，Fe3O4纳米颗粒与聚乙二醇衍生物、环糊精衍生物胶连成Fe3O4磁纳米颗粒。
实施例3 Fe
3
O
4
磁纳米颗粒对染料废水中染料分子的清除
（1）染料废水中染料分子的清除方法：将采用实施例1制备方法制备得到的Fe3O4磁纳米颗粒置于1.2mg/ml的刚果红溶液中中，待其吸附刚果红后，使用磁分离法将吸附有刚果红的Fe3O4磁纳米颗粒与溶液分离。
（2）Fe
3
O
4
磁纳米颗粒对刚果红的吸附能力：
在1ml反应体系内将0.1ml 含Fe3O4磁纳米颗粒的磁液和0.1ml含纯Fe3O4纳米颗粒的磁液分别加入不同浓度的刚果红溶液中，在37℃下振摇3h，在外加磁场下取上清液，用紫外测定上清液中刚果红浓度，求算吸附平衡时Fe3O4磁纳米颗粒的吸附容量。结果表明，制备的Fe3O4磁纳米颗粒对刚果红的最大吸附容量为1895.0mg/g。而未经处理的纯Fe3O4纳米颗粒对刚果红的最大吸附容量仅为97.62mg/g。可以看出，本发明的Fe3O4磁纳米颗粒属于阳离子颗粒，其对阴离子染料分子刚果红的清除效果远高于纯Fe3O4纳米颗粒，因此本发明的Fe3O4磁纳米颗粒可更好地用于染料废水中的阴离子染料分子的清除。
通过以上实施例表明，本发明所述Fe3O4磁纳米颗粒，与纯Fe3O4纳米颗粒相比，吸附效果更好，可用于处理染料废水中的染料分子，吸附有害化合物后可用外部磁铁迅速分离，不会引起二次污染。为染料污染的清除提供了一种高效便捷经济的工具。
Claims (10)
1.一种Fe3O4磁纳米颗粒,其特征在于，该颗粒中包含Fe3O4纳米颗粒，聚乙二醇衍生物，环糊精衍生物。
2.一种Fe3O4磁纳米颗粒的制备方法，其特征在于，
将质量比为1:4—4:1的聚乙二醇衍生物与环糊精衍生物加入50ml水中，再加入体积为上述液体体积1/2的氢氧化钠与氨水的混合碱液，搅拌使其溶解，在60—100℃下保温5min，再加入FeCl3与FeCl2混合铁液，混合铁液与混合碱液的体积比为1:2，于60—100℃下反应10-30min，加冰醋酸调溶液pH至6.0-8.0，将上述溶液2000rpm离心5min后取上清液，上清液再10000rpm离心5min取沉淀，将沉淀重新分散于水中，即得Fe3O4磁纳米颗粒。
3.根据权利要求2所述的一种Fe3O4磁纳米颗粒的制备方法，其特征是在于所述聚乙二醇衍生物与环糊精衍生物质量比为1：1。
4.根据权利要求2所述的一种Fe3O4磁纳米颗粒的制备方法，其特征在于所述聚乙二醇衍生物为聚乙二醇400或聚乙二醇600。
5.根据权利要求2所述的一种Fe3O4磁纳米颗粒的制备方法，其特征在于所述环糊精衍生物为羟丙基β环糊精。
6.根据权利要求2所述的一种Fe3O4磁纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述混合碱液的制备方法如下，先将体积比为3:1的10M NaOH溶液与氨水混合，再加入上述混合溶液5倍体积的蒸馏水稀释后制得。
7.根据权利要求2所述的一种Fe3O4磁纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述混合铁液的制备方法如下，将质量比21:13的FeCl3与FeCl2混匀，再加入与铁源质量体积比为3:25的蒸馏水溶解制得。
8.一种Fe3O4磁纳米颗粒的应用，其特征在于如权利要求1所述Fe3O4磁纳米颗粒可用于清除染料废水中的染料分子。
9.根据权利要求8所述的一种Fe3O4磁纳米颗粒的应用，其特征在于所述的染料分子为阴离子染料分子。
10.一种清除染料废水中染料分子的方法，其特征在于，该方法是将如权利要求1所述的Fe3O4磁纳米颗粒置于含有染料分子的染料废水中，待其吸附染料分子后，使用磁分离法将吸附有染料分子的Fe3O4磁纳米颗粒与溶液分离。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410109954.6A CN104923175A (zh) | 2014-03-21 | 2014-03-21 | 一种Fe3O4磁纳米颗粒及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410109954.6A CN104923175A (zh) | 2014-03-21 | 2014-03-21 | 一种Fe3O4磁纳米颗粒及其制备方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104923175A true CN104923175A (zh) | 2015-09-23 |
Family
ID=54110792
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410109954.6A Pending CN104923175A (zh) | 2014-03-21 | 2014-03-21 | 一种Fe3O4磁纳米颗粒及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104923175A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108109805A (zh) * | 2017-12-18 | 2018-06-01 | 山东师范大学 | 一种由peg调控制得的羧酸型磁性纳米粒子及其应用 |
| CN110240134A (zh) * | 2019-06-06 | 2019-09-17 | 宜宾海丰和锐有限公司 | 去除酮连氮法水合肼中Fe3+和有机物的方法 |
| CN110841600A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-02-28 | 江南大学 | 一种大环化合物功能化磁性纳米粒子的制备方法及应用 |
| CN115584507A (zh) * | 2022-12-08 | 2023-01-10 | 南通科星化工股份有限公司 | 一种防锈金属清洗剂及其制备方法和使用方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102350312A (zh) * | 2011-07-19 | 2012-02-15 | 山西大学 | β-环糊精功能化的Fe3O4磁性纳米吸附剂及其应用 |
| CN103626920A (zh) * | 2013-11-28 | 2014-03-12 | 东北林业大学 | 一种吲哚-3-乙酸分子印迹磁性纤维素微球及其制备方法和应用 |
-
2014
- 2014-03-21 CN CN201410109954.6A patent/CN104923175A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102350312A (zh) * | 2011-07-19 | 2012-02-15 | 山西大学 | β-环糊精功能化的Fe3O4磁性纳米吸附剂及其应用 |
| CN103626920A (zh) * | 2013-11-28 | 2014-03-12 | 东北林业大学 | 一种吲哚-3-乙酸分子印迹磁性纤维素微球及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| LAN YU ET AL: ""Use of hydroxypropyl-β-cyclodextrin/polyethylene glycol 400,modified Fe3O4 nanoparticles for congo red removal"", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF BIOLOGICAL MACROMOLECULES》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108109805A (zh) * | 2017-12-18 | 2018-06-01 | 山东师范大学 | 一种由peg调控制得的羧酸型磁性纳米粒子及其应用 |
| CN110240134A (zh) * | 2019-06-06 | 2019-09-17 | 宜宾海丰和锐有限公司 | 去除酮连氮法水合肼中Fe3+和有机物的方法 |
| CN110841600A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-02-28 | 江南大学 | 一种大环化合物功能化磁性纳米粒子的制备方法及应用 |
| CN115584507A (zh) * | 2022-12-08 | 2023-01-10 | 南通科星化工股份有限公司 | 一种防锈金属清洗剂及其制备方法和使用方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Qi et al. | Synthesis of surface Cr (VI)-imprinted magnetic nanoparticles for selective dispersive solid-phase extraction and determination of Cr (VI) in water samples | |
| Arica et al. | Magnetic MCM-41 silica particles grafted with poly (glycidylmethacrylate) brush: modification and application for removal of direct dyes | |
| Moeinpour et al. | Efficient removal of Eriochrome black-T from aqueous solution using NiFe 2 O 4 magnetic nanoparticles | |
| Wang et al. | The selective adsorption performance and mechanism of multiwall magnetic carbon nanotubes for heavy metals in wastewater | |
| Zhang et al. | Enhanced removal of As (Ⅲ) and As (Ⅴ) from aqueous solution using ionic liquid-modified magnetic graphene oxide | |
| Zhou et al. | Development of carbon nanotubes/CoFe2O4 magnetic hybrid material for removal of tetrabromobisphenol A and Pb (II) | |
| Meng et al. | Adsorption of Cu2+ ions using chitosan-modified magnetic Mn ferrite nanoparticles synthesized by microwave-assisted hydrothermal method | |
| Yuwei et al. | Preparation and characterization of magnetic chitosan nanoparticles and its application for Cu (II) removal | |
| Zhu et al. | A novel magnetically separable γ-Fe2O3/crosslinked chitosan adsorbent: preparation, characterization and adsorption application for removal of hazardous azo dye | |
| Li et al. | The preparation of novel adsorbent materials with efficient adsorption performance for both chromium and methylene blue | |
| Li et al. | Application of magnetic chitosan nanocomposites modified by graphene oxide and polyethyleneimine for removal of toxic heavy metals and dyes from water | |
| Yin et al. | Graphene oxide functionalized magnetic nanoparticles as adsorbents for removal of phthalate esters | |
| Homayonfard et al. | Efficient removal of cadmium (II) ions from aqueous solution by CoFe2O4/chitosan and NiFe2O4/chitosan composites as adsorbents | |
| Kiani et al. | Efficient removal of some anionic dyes from aqueous solution using a polymer-coated magnetic nano-adsorbent | |
| Wang et al. | Graphene oxide/ferroferric oxide/polyethylenimine nanocomposites for Congo red adsorption from water | |
| CN103285817B (zh) | 氨基酸修饰的含有硅结构四氧化三铁纳米颗粒及其在染料吸附处理中的应用 | |
| Pasanen et al. | Fast and simultaneous removal of microplastics and plastic-derived endocrine disruptors using a magnetic ZIF-8 nanocomposite | |
| CN102641753B (zh) | 一种用于去除水中有机物的磁性强碱性离子交换树脂的制备方法 | |
| CN102989418A (zh) | 一种表面氨基化Fe3O4纳米粒子及其制备方法与应用 | |
| CN104923175A (zh) | 一种Fe3O4磁纳米颗粒及其制备方法和应用 | |
| Li et al. | Preparation of magnetic separable CoFe2O4/PAC composite and the adsorption of bisphenol A from aqueous solution | |
| Tural et al. | Removal of hazardous azo dye Metanil Yellow from aqueous solution by cross-linked magnetic biosorbent; equilibrium and kinetic studies | |
| Liu et al. | Adsorption of phosphate ions from aqueous solutions by a CeO2 functionalized Fe3O4@ SiO2 core-shell magnetic nanomaterial | |
| Xu et al. | β-Cyclodextrin functionalized magnetic nanoparticles for the removal of pharmaceutical residues in drinking water | |
| Jiang et al. | Preparation, characterization, and adsorption properties of magnetic multi-walled carbon nanotubes for simultaneous removal of lead (II) and zinc (II) from aqueous solutions |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150923 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |