CN105879684B - 一种柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于环境技术领域的一种柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液及其制备方法。首先利用铁盐在碱性溶液中通过共沉淀法制备出四氧化三铁磁性纳米粒子；然后加入柠檬酸钠在加热和剧烈搅拌的条件下，制备出柠檬酸钠磁性纳米粒子；最后将柠檬酸钠磁性纳米粒子分散在蒸馏水中，通过超声促溶，制备出柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液。获得的柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液的渗透压高、与水分离再生容易、能重复利用，在正渗透处理浓盐水或海水方面，具有良好的经济和社会效益。所述制备方法的技术路线简单，操作方便，所用原料均可市场购置，无需预处理。
Description
技术领域
本发明属于环境技术领域，具体涉及一种柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液的制备方法。
背景技术
正渗透技术，早期以SO2溶液作为汲取液，通过加热进行再生，但是耗能偏高；后来以葡萄糖和氯化钠溶液作为汲取液，但是再生或浓缩成本仍然很高，且氯化钠的反向渗透量较高。McCutcheon等以NH3/CO2(即NH4HCO3)作为汲取液，通过加热进行再生，再生容易且能耗较低，使正渗透技术逐步走向实用，但是仍存在再生成本高、反向渗透量高，使进料浓缩液中氨超标的问题。为进一步降低汲取液的再生成本，研究者开发了磁性纳米颗粒汲取液，利用磁场进行分离再生。
磁性纳米粒子能够产生较大的渗透压，比传统无机盐汲取液的粒径大，反向渗透少，对膜的污染较小，能够利用外加磁场或低压膜实现与水的分离，再生容易。但是未经修饰的磁性纳米粒子产生的渗透压通常较小，为了提高磁性纳米粒子的渗透压，通常需要对其表面进行改性。
目前，已有研究中利用牛血清白蛋白、右旋糖酐涂层、PEG-(COOH)2涂层、2-吡咯烷酮、三甘醇、聚丙烯酸、氢氧化钠和氢氧化钙等物质对磁性纳米粒子进行改性，但有关利用柠檬酸钠改性磁性纳米粒子并进一步制成柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液的相关报导却很少。
发明内容
本发明的目的在于提供一种柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液及其制备方法，采取的技术方案如下：
一种柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液，由柠檬酸钠磁性纳米粒子和蒸馏水组成；所述柠檬酸钠磁性纳米粒子为利用柠檬酸钠对四氧化三铁磁性纳米粒子进行修饰得到的。
所述柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液的制备方法为，首先利用铁盐在碱性溶液中通过共沉淀法制备出四氧化三铁磁性纳米粒子；然后加入柠檬酸钠在加热和剧烈搅拌的条件下，制备出柠檬酸钠磁性纳米粒子；最后将柠檬酸钠磁性纳米粒子分散在蒸馏水中，通过超声促溶，制备出柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液。
所述的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将氯化铁和氯化亚铁分别溶于相同体积的蒸馏水中后，滴加到碱性溶液中，在惰性气体保护下，连续搅拌20-40min至完全混合；然后加热至70-90℃，连续搅拌2-4h，自然冷却至室温获得黑色凝胶状沉淀物；最后将黑色凝胶状沉淀物在转速为5000-7000rpm的条件下，离心10-15min，获得的沉淀用超纯水清洗至中性，在真空条件下烘干，获得四氧化三铁磁性纳米粒子；
(2)在获得的四氧化三铁磁性纳米粒子中加入柠檬酸钠溶液，加热至80-100℃剧烈搅拌1-2h，获得黑色凝胶状悬浮物；然后将黑色凝胶状悬浮物在转速为5000-7000rpm的条件下，离心10-15min，获得的沉淀用超纯水清洗后再次离心，重复2-3次；最后将清洗后的沉淀在真空条件下烘干，获得柠檬酸钠磁性纳米粒子；
(3)将获得的柠檬酸钠磁性纳米粒子分散在蒸馏水中，然后超声促溶20-30min，获得柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液；该正渗透汲取液降低了正渗透技术处理浓盐水或海水的成本，柠檬酸钠磁性纳米粒子的尺寸较无机盐大，易于利用磁场和低压膜与水分分离，实现进一步循环利用。
步骤(1)所述氯化铁和氯化亚铁的物质的量比为1:(1.5-4)。
步骤(1)所述的碱性溶液为氢氧化钠溶液。
步骤(1)所述搅拌的转速为250-350rpm。
步骤(1)所述真空烘干的条件为：在-16～-18℃的条件下，干燥12-18h。
步骤(2)所述剧烈搅拌的转速为8000-10000rpm。
步骤(2)所述真空烘干的条件为：在零下-18～-20℃的条件下，干燥13-18h。
本发明的有益效果为：本发明所述柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液的渗透压高、与水分离再生容易、稳定性好、能重复利用，在正渗透处理浓盐水或海水方面，具有良好的经济和社会效益。所述制备方法的技术路线简单，操作方便；将氯化铁和氯化亚铁在加热搅拌的条件下共沉淀于碱性溶液获得四氧化三铁磁性纳米粒子，加热温度适中，反应快速，操作较容易，稳定性好；将柠檬酸钠溶液直接加入到四氧化三铁磁性纳米粒子中，加热至80-100℃，剧烈搅拌，使柠檬酸钠包覆在四氧化三铁磁性纳米粒子的表面，生成易溶于水的柠檬酸钠磁性纳米粒子，过程简单，解决了普通磁性纳米粒子难溶于水的问题；且所用原料均可市场购置，无需预处理。
附图说明
图1为实施例1制备的四氧化三铁磁性纳米粒子的透射电子显微镜(TEM)图。
图2为实施例2制备的柠檬酸钠磁性纳米粒子的透射电子显微镜(TEM)图。
图3为柠檬酸钠、四氧化三铁磁性纳米粒子和柠檬酸钠磁性纳米粒子的红外分析图；其中，1-柠檬酸钠，2-四氧化三铁磁性纳米粒子，3-柠檬酸钠磁性纳米粒子。
图4为四氧化三铁磁性纳米粒子和柠檬酸钠磁性纳米粒子的Zeta电位分析图；其中，2-四氧化三铁磁性纳米粒子，3-柠檬酸钠磁性纳米粒子。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1：四氧化三铁磁性纳米粒子的制备
将氯化铁(FeCl3·6H2O)和氯化亚铁(FeCl2·4H2O)以1:2的物质的量比，分别溶于相同体积的蒸馏水中后，用滴液漏斗滴加到氢氧化钠溶液中，在氮气的保护下，设置搅拌速度为320rpm，连续搅拌30min至完全混合；然后加热至80℃，再连续搅拌3h，自然冷却至室温，制得黑色凝胶状沉淀物；最后将黑色凝胶状沉淀物在转速为5000-7000rpm的条件下，离心10-15min，将顶部液体从分离管分离出去，获得的沉淀用超纯水清洗至中性，在-18℃的条件下干燥16h，获得四氧化三铁磁性纳米粒子，其TEM图如图1所示，红外分析图如图3所示，Zeta电位图如图4所示。
由图1和图2可知，通过本方法获得了四氧化三铁磁性纳米粒子，且未经柠檬酸钠改性前出现团聚现象；由图4可知，获得的四氧化三铁磁性纳米粒子在PH为7时出现等电位点。
实施例2：柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液的制备
在制得的四氧化三铁磁性纳米粒子中加入柠檬酸钠溶液，加热至95℃剧烈搅拌1h，制得黑色凝胶状悬浮物；然后将黑色凝胶状悬浮物在转速为5000-7000rpm的条件下，离心10-15min，清除上清液，获得的沉淀用超纯水清洗后再次离心，重复2-3次；最后将清洗后的沉淀在-20℃的条件下，干燥14h，获得柠檬酸钠磁性纳米粒子。将获得的柠檬酸钠磁性纳米粒子分散在蒸馏水中，然后超声促溶20-30min，获得柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液。
获得的柠檬酸钠磁性纳米粒子的TEM图如图2所示，由图2可知，经过柠檬酸钠改性后的四氧化三铁磁性纳米粒子的团聚现象明显减弱。
获得的柠檬酸钠磁性纳米粒子的红外分析图如图3所示，在1068cm-1和595cm-1是C-H的振动和Fe-O的伸展；在3400cm-1出现的吸收峰，表明羟基基团的出现以及没有溶解的柠檬酸盐和水中的羟基基团；在1330cm-1和1560cm-1出现的两个新的吸收峰，表明羧酸官能团的出现，1330cm-1处是非对称柠檬酸盐羧基的振动；1700-1730cm-1的微小振动是柠檬酸酸盐羰基的转移引起的。获得的柠檬酸钠磁性纳米粒子的Zeta电位图如图4所示，由图4可知，柠檬酸钠磁性纳米粒子在pH为7时的Zeta电位为-40mV，可见经柠檬酸钠改性后的四氧化三铁磁性纳米粒子的等电位点发生了改变；由于羧基带负电，说明经柠檬酸钠改性后的磁性纳米颗粒带有更多的羧基，四氧化三铁磁性纳米粒子表面被柠檬酸钠包覆，制成了柠檬酸钠磁性纳米粒子。
Claims (6)
1.一种柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液，其特征在于，由柠檬酸钠磁性纳米粒子和蒸馏水组成；所述柠檬酸钠磁性纳米粒子为利用柠檬酸钠对四氧化三铁磁性纳米粒子进行修饰得到的，所述汲取液的制备方法包括以下步骤：
(1)将氯化铁和氯化亚铁分别溶于相同体积的蒸馏水中后，滴加到碱性溶液中，在惰性气体保护下，连续搅拌20-40min至完全混合；然后加热至70-90℃，连续搅拌2-4h，自然冷却至室温，获得黑色凝胶状沉淀物；最后将黑色凝胶状沉淀物在转速为5000-7000rpm的条件下，离心10-15min，获得的沉淀用超纯水清洗至中性，真空烘干，获得四氧化三铁磁性纳米粒子；所述氯化铁和氯化亚铁的物质的量比为1:(1.5-4)；
(2)在获得的四氧化三铁磁性纳米粒子中加入柠檬酸钠溶液，加热至80-100℃剧烈搅拌1-2h，获得黑色凝胶状悬浮物；然后将黑色凝胶状悬浮物在转速为5000-7000rpm的条件下，离心10-15min，获得的沉淀用超纯水清洗后再次离心，重复2-3次；最后将清洗后的沉淀真空烘干，获得柠檬酸钠磁性纳米粒子；
(3)将获得的柠檬酸钠磁性纳米粒子分散在蒸馏水中，然后超声促溶20-30min，获得柠檬酸钠磁性纳米粒子正渗透汲取液。
2.根据权利要求1所述的汲取液，其特征在于，步骤(1)所述的碱性溶液为氢氧化钠溶液。
3.根据权利要求1所述的汲取液，其特征在于，步骤(1)所述搅拌的转速为250-350rpm。
4.根据权利要求1所述的汲取液，其特征在于，步骤(1)所述真空烘干的条件为：在-16～-18℃的条件下，干燥12-18h。
5.根据权利要求1所述的汲取液，其特征在于，步骤(2)所述剧烈搅拌的转速为8000-10000rpm。
6.根据权利要求1所述的汲取液，其特征在于，步骤(2)所述真空烘干的条件为：在-18～-20℃的条件下，干燥13-18h。
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