CN107551987B - 一种磁性吸附剂及其制备方法和用途 - Google Patents
一种磁性吸附剂及其制备方法和用途 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107551987B CN107551987B CN201710980357.4A CN201710980357A CN107551987B CN 107551987 B CN107551987 B CN 107551987B CN 201710980357 A CN201710980357 A CN 201710980357A CN 107551987 B CN107551987 B CN 107551987B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- magnetic adsorbent
- sio
- product
- aaapts
- adsorption
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 29
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N ferrosoferric oxide Chemical compound O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 8
- CSDSSGBPEUDDEE-UHFFFAOYSA-N 2-formylpyridine Chemical compound O=CC1=CC=CC=N1 CSDSSGBPEUDDEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims abstract 5
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims abstract 5
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract 5
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims abstract 5
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims abstract 5
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 66
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 19
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 17
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 13
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 claims description 13
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 12
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 11
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 8
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 6
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 5
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 5
- 238000010992 reflux Methods 0.000 claims description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 5
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 4
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 3
- 239000006087 Silane Coupling Agent Substances 0.000 claims description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 3
- 239000012467 final product Substances 0.000 claims description 3
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 2
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims 3
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims 2
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 claims 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims 1
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 abstract description 18
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 6
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract description 5
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 abstract description 4
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 abstract description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 3
- 239000002243 precursor Substances 0.000 abstract description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000007822 coupling agent Substances 0.000 abstract 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 6
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 4
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229940043267 rhodamine b Drugs 0.000 description 4
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N (3-aminopropyl)triethoxysilane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WXMVWUBWIHZLMQ-UHFFFAOYSA-N 3-methyl-1-octylimidazolium Chemical compound CCCCCCCCN1C=C[N+](C)=C1 WXMVWUBWIHZLMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012496 blank sample Substances 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- IQQRAVYLUAZUGX-UHFFFAOYSA-N 1-butyl-3-methylimidazolium Chemical compound CCCCN1C=C[N+](C)=C1 IQQRAVYLUAZUGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVEJOWGVUQQIIZ-UHFFFAOYSA-N 1-hexyl-3-methylimidazolium Chemical compound CCCCCCN1C=C[N+](C)=C1 RVEJOWGVUQQIIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CVXFHFDPQYRUDC-UHFFFAOYSA-N N'-[2-[(5-ethyl-8-trimethoxysilyloctyl)amino]ethyl]ethane-1,2-diamine Chemical compound NCCNCCNCCCCC(CC)CCC[Si](OC)(OC)OC CVXFHFDPQYRUDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 241000973497 Siphonognathus argyrophanes Species 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002156 adsorbate Substances 0.000 description 1
- 238000005576 amination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 150000004758 branched silanes Chemical class 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000011246 composite particle Substances 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 238000011067 equilibration Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 1
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000002122 magnetic nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
本发明涉及一种磁性吸附剂及其制备方法和用途,采用溶剂热还原法合成粒度为400nm的Fe3O4微球作为基体,先在基体表面包覆一层SiO2,然后再接枝硅烷偶联剂AAAPTS,最后嫁接功能性官能团吡啶‑2‑甲醛,制得Fe3O4‑SiO2‑AAAPTS‑Py的磁性吸附剂,用来富集分离水溶液中的Sr。该方法得到的磁性吸附剂因具有选择性,从而可以作为离子印记聚合物的前体,具有优良的应用前景。并且可以通过一定的化学方法合成相应离子印记聚合物,实现水相中目标离子Sr的简单、快速、高效选择性分离。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁性吸附剂及其制备方法和用途,特别是一种基于Fe3O4-SiO2-AAAPTS-Py的材料及其制备方法和用途。
背景技术
重金属离子和放射性金属离子对水体的污染日益加重,从水样中去除放射性核素的主要方法有萃取法、沉淀/共沉淀法、离子交换法、膜分离法、电沉积法、反渗透法、吸附法等,其中吸附法是一种简单、高效的方法,可纳为重点研究范围。吸附材料按材料组分或材料来源可分为多种吸附材料,其中经过改性的磁性纳米材料稳定性高、不易水解,为具有特定官能团的聚合物或表面活性剂,能够实现对目标分析物的选择性吸附。目前国内外已有一些相关研究,例如胡建邦等利用化学共沉淀法制备了Fe3O4磁性纳米粒子,依次用正硅酸乙酯(TEOS)和3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)进行表面修饰,制备了表面氨基化改性的Fe3O4/SiO2复合粒子,对水溶液中的U(VI)进行吸附,结果表明,吸附率由未改性前的Fe3O4颗粒的84.2%提升到98.6%。ChenJ.P.等以SiO2包裹的Fe3O4为磁核,表面分别接枝修饰离子液[BMIM]PF6,[HMIM]PF6与[OMIM]PF6,合成了三种磁性吸附剂,随后联用高效液相色谱对食品中的罗丹明B进行分离检测。结果表明Fe3O4/SiO2/[OMIM]PF6对罗丹明B的吸附速率最快,最佳条件下,预富因子达25,吸附上的罗丹明B可用乙醇洗脱。实验线性范围为0.5-150ug/L,检测限为0.08ug/L,相关系数为0.9999,相对标准偏差为0.51%。此离子液修饰的磁性吸附材料最高可被重复利用10次,此法已被成功应用于食品中罗丹明B的检测和分析。申请公布号为CN106902794A的发明专利公开了一种用于吸附Sr和Cs的磁性结晶硅钛酸盐材料及其制备方法,其是在结晶硅钛酸盐微米立方体的表面和内部镶嵌有氨基改性的四氧化三铁纳米颗粒,用磁性结晶硅钛酸盐材料完成对Sr和Cs的吸附。因此,在Sr(II)的废液处理中,对水相中目标离子Sr(II)实现简单、快速、经济高效的选择性分离是非常具有现实意义的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提出一种基于Fe3O4-SiO2-AAAPTS-Py(后面简写为Py-Fe3O4)磁性吸附剂及其制备方法和用途。
本发明的一种磁性吸附剂,其特征在于所述的吸附剂为Fe3O4-SiO2-AAAPTS-吡啶-2-甲醛,其化学结构式如下式(1):
进一步,本发明所述的磁性吸附剂的制备方法,其特征在于采用溶剂热还原法合成粒度为400nm的Fe3O4微球作为基体,先在基体表面包覆一层SiO2,然后再接枝硅烷偶联剂3-[2-(2-氨基乙基氨基)乙基氨基丁丙基]丙基-三甲氧基硅烷(后面简称为AAAPTS),最后嫁接功能性官能团吡啶-2-甲醛,制得Py-Fe3O4的磁性吸附剂。
进一步,本发明所述的磁性吸附剂的制备方法,其特征在于,合成路线如下式(2)所示:
具体步骤如下:
1)Fe3O4微球的合成:称取FeCl3·6H2O溶于乙二醇中配制成物质的量浓度为12.5%mol/L的橙黄色澄清溶液,再加入NaAc和聚乙二醇,混合搅拌30min,再密封升温至200℃,充分反应后缓慢冷却至室温,洗涤干燥待用;
2)Fe3O4-SiO2的合成:将步骤1)所得的Fe3O4分散在体积比为25:1的异丙醇与超纯水的混合溶剂中,得到Fe3O4物质的量浓度为9.3%mol/L的混合溶液,超声处理20min后,相继加入氨水和原硅酸四乙酯TEOS,室温搅拌12h使其充分反应后用磁铁收集产物,洗涤干燥待用;
3)Fe3O4-SiO2-AAAPTS的合成:将步骤2)中得到的Fe3O4-SiO2与AAAPTS溶于无水甲苯中,得到Fe3O4-SiO2的物质的量浓度为5.4%mol/L的混合液,然后在110±1℃下回流搅拌24h;
4)Py-Fe3O4的合成:向步骤3)得到的溶液中加入吡啶-2-甲醛,于110±1℃下回流6h,将所得产物洗涤干燥,研成粉末状再次干燥,得到最终产物Fe3O4-SiO2-AAAPTS-Py磁性吸附剂。
进一步,本发明所述的制备方法,其特征在于,在步骤1)中,所述的密封升温反应过程为,将搅拌30min后的混合液密封于50mL的不锈钢高压釜中,然后将高压釜置于真空干燥箱中缓慢升温至200±1℃,反应8h。
进一步,本发明所述的制备方法,其特征在于,在步骤1)和3)中,所述的洗涤干燥过程首先分别用质量分数为95%的乙醇和超纯水洗涤黑色产物,然后在60±1℃的温度下真空干燥6h。
进一步,本发明所述的制备方法,其特征在于,在步骤2)中,加入的氨水质量浓度为25%,原硅酸四乙酯TEOS为2.0mL。
进一步,本发明所述的制备方法,其特征在于,在步骤2)中,所述的洗涤过程用超纯水,洗涤产物至中性,于45±1℃下真空干燥12h至成粉末状。
进一步,本发明所述的制备方法,其特征在于,在步骤4)中,所述的洗涤干燥过程首先分别用质量分数为95%的乙醇和超纯水洗涤产物,然后在60±1℃的温度下真空干燥12h。
进一步,本发明所述的磁性吸附剂的用途,其特征在于,所述的磁性吸附剂用于分离水溶液中的Sr。
进一步,本发明所述的磁性吸附剂用于分离水溶液中的Sr的方法,其特征在于:采用静态批式法,向Sr(NO3)2溶液中加入适量磁性吸附剂,再加入1mol/L的作为背景电解质的NaNO3和pH为2.6的蒸馏水,用浓度为0.01或0.1mol/L的HNO3和0.01或0.1mol/L的NaOH微调溶液初始pH值,使体系总体积恒定,摇匀后密封好试管口,置于水浴振荡器中振荡,使颗粒始终保持悬浮状态;待体系吸附达到平衡后,于8000r/min转速下离心15min后冷却至室温,分离出固体。
与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:
本发明的磁性吸附剂,采用溶剂热还原法合成粒度为400nm的Fe3O4微球作为基体,先在基体表面包覆一层SiO2,然后再接枝硅烷偶联剂AAAPTS,最后嫁接功能性官能团吡啶-2-甲醛,制得Py-Fe3O4的磁性吸附剂,用来富集分离水溶液中的Sr。该方法得到的磁性吸附剂因具有选择性,从而可以作为离子印记聚合物的前体,具有优良的应用前景。并且可以通过一定的化学方法合成相应离子印记聚合物,实现水相中目标离子Sr的简单、快速、高效选择性分离。
附图说明
附图1为Sr2+的标准曲线。
附图2为振荡时间对Sr在Py-Fe3O4上的吸附的影响及假二级动力学拟合图,其中:[Sr2+]0=2.00×10-4mol/L,m/V=2.5g/L,pH=3.9,I=0.1mol/LNaNO3,T=25±0.5℃。
附图3为Sr在Py-Fe3O4上的吸附边界,其中:[Sr2+]0=2.00×10-4mol/L,m/V=2.5g/L,t=72h,T=25±0.5℃。
附图4为Sr在Py-Fe3O4上的吸附等温线Langmuir模型。
附图5为Sr在Py-Fe3O4上的吸附等温线Freundlich模型,其中图4和图5中:m/V=2.5g/L,pH=4.0±0.1,I=0.1mol/LNaNO3,t=72h。
附图6为ln K0的推算。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明。
一、实验试剂
表1实验试剂
二、材料合成
1)Fe3O4微球的合成:称约1.35g(5mmol)FeCl3·6H2O溶于40mL乙二醇中形成橙黄色澄清溶液,再加入3.6g NaAc和1.0g聚乙二醇,混合液机械搅拌30min后,密封于50mL的不锈钢高压釜中。将高压釜置于真空干燥箱中缓慢升温至200±1℃,反应8h,再缓慢冷却至室温。分别用质量浓度为95%的乙醇和超纯水洗涤黑色产物数次后,60±1℃下真空干燥6h,待用;
2)Fe3O4-SiO2的合成:将1.2g Fe3O4分散在50mL异丙醇与4mL超纯水的混合溶剂中,超声处理20min后,相继加入质量浓度为25%的5.0mL氨水和2.0mL原硅酸四乙酯TEOS,室温下机械搅拌12h使反应。磁铁收集产物,用超纯水洗涤产物至中性,45±1℃下真空干燥12h至成粉末状,待用;
3)Fe3O4-SiO2-AAAPTS的合成:将约0.5g的Fe3O4-SiO2与2mL AAAPTS溶于30mL无水甲苯中,于110±1℃下回流搅拌24h。取少量产物用质量浓度为95%的乙醇、超纯水洗涤数遍后,60±1℃下真空干燥6h,用于红外表征;
4)Py-Fe3O4的合成:向3)步剩余的溶液(甲苯未倒)中加入约0.9g的吡啶-2-甲醛,于110±1℃下回流6h,反应得到终产物Fe3O4-SiO2-AAAPTS-Py,用质量浓度为95%的乙醇和超纯水洗涤数遍后,真空干燥12h。玛瑙研钵研细后,置于干燥器中备用。
三、吸附实验过程
1)吸附方法
准确称取0.6613g Sr(NO3)2,于50mL烧杯中用蒸馏水完全溶解,转移至250mL容量瓶中定容,配制成1.25×10-2mol/L的Sr(NO3)2溶液,备用。
采用静态批式法,所用离心试管为聚乙烯塑料具塞离心试管。在确定平衡时间为72h、固液比为2.5g/L的基础上,准确称取15.0±0.2mg磁性吸附剂于一系列10mL试管中,用移液枪移取0.096mL 1.25×10-2mol/L的Sr(NO3)2溶液,再加入0.6mL 1mol/L的NaNO3为背景电解质,加入一定量的pH为2.6的蒸馏水,用0.01或0.1mol/L的HNO3和0.01或0.1mol/L的NaOH微调溶液初始pH为一定值,使体系总体积为6mL,摇匀后,密封好试管口,置于水浴振荡器中振荡,使颗粒始终保持悬浮状态。
2)吸附后上清液中Sr的测量
待体系吸附达到平衡后,于8000r/min转速下离心15min后冷却至室温,取上清液4mL,用pH计测量平衡后上清液的pH值,用原子火焰吸收法测量吸附达到平衡后上清液中Sr的浓度。空白样的配制同上,不加吸附剂。考虑到仪器的稳定性,每次测Sr浓度前,均需要做一次标准曲线,标曲中Sr2+的浓度范围为1.0×10-5~2.4×10-4mol/L,取其中一次数据如图1所示。
3)吸附率的计算
式中:S(%)——吸附百分数;
c0——吸附前溶液中Sr2+的浓度(mol/L);
ce——吸附平衡后溶液中Sr2+的浓度(mol/L);
A0——空白样的吸光度;
Ae——平衡后上清液的吸光度;
m/V——固液比(g/L);
qe——平衡后固相中Sr2+的浓度(mol/g)。
4)Py-Fe3O4对Sr的吸附
4.1)振荡时间的影响
振荡时间对Py-Fe3O4吸附Sr的影响示于图2中。由图2a可见:Sr在Py-Fe3O4上的吸附百数约72h可达到吸附平衡,72h之后,吸附百分数基本保持不变。在0~30h之间,Py-Fe3O4对Sr的吸附较快;在30~70h之间,吸附速率减缓。为保证在之后的实验中,测量吸光度A时吸附已达到平衡,因此,选取72h为后续实验的振荡时间。
假二级动力学方程:
(6)式中,t-振荡时间(h);qt-振荡t时间后固相上Sr的吸附量(mol/g);qmax-平衡时固相的最大吸附容量(mol/g);K-准二级反应速率常数(g mol-1h-1)。
由上式(6)中可知,以t/qt对t作图,见图2b中,由斜率和截距分别计算qmax和K,并给出线性相关系数R2,结果如下:
qmax=4.74×10-5mol/g,K=-3.9×102g mol-1h-1,R2=0.99456
由线性相关系数可看出,Sr在Py-Fe3O4上的吸附符合假二级动力学,可见Sr在Py-Fe3O4上的吸附速率由吸附剂的量与溶液中Sr的浓度共同决定。
4.2)吸附边界
水相pH及离子强度对Py-Fe3O4吸附Sr的影响示于图3中。由图可见:当[Sr2+]0=2.00×10-4mol/L,m/V=2.5g/L,[NaNO3]=0.1mol/L,T=25±1℃时,随着pH的升高,Sr在Py-Fe3O4上的吸附百分数先增加后缓慢减小;当2<pH<2.5时,吸附百分数迅速上升,由20%上升至35%左右;当2.5<pH<6时,吸附百分数由35%上升至70%,达到最大;当6<pH<6.5时,吸附百分数基本保持不变;当pH>6.5时,吸附百分数有略微的下降,这可能是吸附剂Py-Fe3O4在接近中性或碱性条件下发生少许溶解所致。
由图3还可以看出,当[NaNO3]=0.01和0.001mol/L时,随着pH的增加,Sr2+在Py-Fe3O4上的吸附曲线基本重合,相较于当[NaNO3]=0.1mol/L时,pH在2.5~7.5范围内的吸附百分数要高,所以,离子强度的增加使吸附百分数降低,原因可能是在pH为2.5~7.5范围内,Sr2+在Py-Fe3O4上的吸附机理为离子交换,溶液中的Na+会与Sr2+发生竞争吸附,从而吸附百分数降低。
4.3)温度的影响
Sr2+在Py-Fe3O4上于25,45,65℃的吸附等温线的Langmuir模型和Freundlich模型分别示于图4和图5中。其中Langmuir模型和Freundlich模型分别为:
lg qe=n lg ce+lg KF (8)
式中,ce-平衡时液相中Sr的浓度(mol/L);qe-平衡时固相上Sr的浓度(mol/g);qmax-平衡时固相的最大吸附容量(mol/g);KL-吸附反应平衡常数(L/g),KF(moll-n Ln g-1)-吸附质离子的平衡浓度为1时在固相上的吸附容量;n-反映了吸附作用受平衡浓度影响的程度。
由式(7),以ce/qe对ce作图,由斜率和截距分别计算qmax和KL。由式(8),以lg qe对lgce作图,由斜率和截距分别计算n和KF,计算结果见表2:
表2 Sr在Pv-Fe3O4上的吸附等温线Iangmuir和Freundlich模型
由表2中数据可以看出,室温下,由Langmuir模型算得的Sr在Py-Fe3O4上的最大吸附容量1.70×10-5 mol/g要小于由假二级动力学拟合得出的最大值4.74×10-5mol/g,并且随着温度的升高,Sr在Py-Fe3O4上的最大吸附容量增加,说明升温有利于吸附。由Freundlich模型算得的n值可看出,吸附作用受平衡浓度影响的程度随温度的升高而减小。
4.4)Sr在Py-Fe3O4上吸附热力学参数的计算
温度是影响吸附的重要因素之一,由不同温度下的吸附等温线可计算出Sr在Py-Fe3O4上的吸附热力学参数ΔH0,ΔS0,ΔG0,相关计算公式如下:
ΔG0=-RT ln K0 (10)
ΔH0=ΔG0+TΔS0 (11)
其中,ln K0的值由ln Kd对ce作图,将ce外推至0得到,见图6。计算结果如表3所示:
表3 Sr(II)在Pv-Fe3O4上的吸附热力学参数
由表3温度的升高,Sr在Py-Fe3O4上的吸附过程是吸热的,自发趋势增加,升温有利于吸附。
Claims (10)
1.一种磁性吸附剂,其特征在于所述的吸附剂为Fe3O4-SiO2-AAAPTS-吡啶-2-甲醛,其化学结构式如下式(I):
2.权利要求1所述的磁性吸附剂的制备方法,其特征在于采用溶剂热还原法合成粒度为400nm的Fe3O4微球作为基体,先在基体表面包覆一层SiO2,然后再接枝硅烷偶联剂AAAPTS,最后嫁接功能性官能团吡啶-2-甲醛,制得Fe3O4-SiO2-AAAPTS-Py的磁性吸附剂。
3.根据权利要求2所述的磁性吸附剂的制备方法,其特征在于,合成路线如下式(II)所示:
具体步骤如下:
1)Fe3O4微球的合成:称取FeCl3·6H2O溶于乙二醇中配制成物质的量浓度为12.5%mol/L的橙黄色澄清溶液,再加入NaAc和聚乙二醇,混合搅拌30min,再密封升温至200±1℃,充分反应后缓慢冷却至室温,洗涤干燥待用;
2)Fe3O4-SiO2的合成:将步骤1)所得的Fe3O4分散在体积比为25:1的异丙醇与超纯水的混合溶剂中,得到Fe3O4物质的量浓度为9.3%mol/L的混合溶液,超声处理20min后,相继加入氨水和原硅酸四乙酯TEOS,室温搅拌12h使其充分反应后用磁铁收集产物,洗涤干燥待用;
3)Fe3O4-SiO2-AAAPTS的合成:将步骤2)中得到的Fe3O4-SiO2与AAAPTS溶于无水甲苯中,得到Fe3O4-SiO2的物质的量浓度为5.4%mol/L的混合液,然后在110±1℃下回流搅拌24h;
4)Py-Fe3O4的合成:向步骤3)得到的溶液中加入吡啶-2-甲醛,于110±1℃下回流6h,将所得产物洗涤干燥,研成粉末状再次干燥,得到最终产物Fe3O4-SiO2-AAAPTS-Py磁性吸附剂。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,在步骤1)中,所述的密封升温反应过程为,将搅拌30min后的混合液密封于50mL的不锈钢高压釜中,然后将高压釜置于真空干燥箱中缓慢升温至200±1℃,反应8h。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,在步骤1)和3)中,所述的洗涤干燥过程首先分别用质量分数为95%的乙醇和超纯水洗涤黑色产物,然后在60±1℃的温度下真空干燥6h。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,在步骤2)中,加入的氨水质量浓度为25%,原硅酸四乙酯TEOS为2.0mL。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,在步骤2)中,所述的洗涤过程用超纯水,洗涤产物至中性,于45±1℃下真空干燥12h至成粉末状。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,在步骤4)中,所述的洗涤干燥过程首先分别用质量分数为95%的乙醇和超纯水洗涤产物,然后在60±1℃的温度下真空干燥12h。
9.权利要求1所述的磁性吸附剂的用途,其特征在于,所述的磁性吸附剂用于分离水溶液中的Sr。
10.根据权利要求9所述的磁性吸附剂用于分离水溶液中的Sr的方法,其特征在于:采用静态批式法,向Sr(NO3)2溶液中加入适量磁性吸附剂,再加入1mol/L的作为背景电解质的NaNO3和pH为2.6的蒸馏水,用浓度为0.01或0.1mol/L的HNO3和0.01或0.1mol/L的NaOH微调溶液初始pH值,使体系总体积恒定,摇匀后密封好试管口,置于水浴振荡器中振荡,使颗粒始终保持悬浮状态;待体系吸附达到平衡后,于8000r/min转速下离心15min后冷却至室温,分离出固体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710980357.4A CN107551987B (zh) | 2017-10-19 | 2017-10-19 | 一种磁性吸附剂及其制备方法和用途 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710980357.4A CN107551987B (zh) | 2017-10-19 | 2017-10-19 | 一种磁性吸附剂及其制备方法和用途 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN107551987A CN107551987A (zh) | 2018-01-09 |
CN107551987B true CN107551987B (zh) | 2019-12-31 |
Family
ID=60985811
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201710980357.4A Expired - Fee Related CN107551987B (zh) | 2017-10-19 | 2017-10-19 | 一种磁性吸附剂及其制备方法和用途 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN107551987B (zh) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108208168A (zh) * | 2018-01-31 | 2018-06-29 | 周文辽 | 一种具有降血压功能的奶制品制备方法 |
CN108077543A (zh) * | 2018-01-31 | 2018-05-29 | 周文辽 | 一种降血压口香糖的制备方法 |
CN108048520B (zh) * | 2018-01-31 | 2019-02-12 | 青岛海盈智高新技术有限公司 | 一种利用贝肉制备ace抑制肽的方法 |
CN108940371B (zh) * | 2018-08-13 | 2022-04-08 | 南京林业大学 | 一种直链淀粉负载铜基催化剂的制备方法及其产品、应用 |
CN112121768A (zh) * | 2020-09-30 | 2020-12-25 | 武汉儿童医院 | 一种氨基磁珠、其制备方法及应用 |
CN113019334B (zh) * | 2021-03-11 | 2022-09-23 | 东北林业大学 | 一种改性木质素磁性复合材料的制备及其去除废水中染料的方法 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103100377B (zh) * | 2013-02-27 | 2014-12-03 | 江苏大学 | 一种磁性分子印迹吸附剂的绿色制备方法 |
CN103599757B (zh) * | 2013-10-28 | 2015-08-26 | 江苏大学 | 一种磁性温敏型表面锶离子印迹吸附剂的制备方法 |
CN103709325B (zh) * | 2013-12-23 | 2015-12-09 | 河北工业大学 | 一种磁性铅离子表面印迹聚合物的制备方法 |
CN103709341B (zh) * | 2013-12-23 | 2015-12-02 | 河北工业大学 | 一种磁性锌离子表面印迹聚合物的制备方法 |
-
2017
- 2017-10-19 CN CN201710980357.4A patent/CN107551987B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN107551987A (zh) | 2018-01-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107551987B (zh) | 一种磁性吸附剂及其制备方法和用途 | |
CN107138134B (zh) | 一种改性二氧化硅材料及其制备方法和用途 | |
Yu et al. | Sorption of radionuclides from aqueous systems onto graphene oxide-based materials: a review | |
CN104275155B (zh) | 一种新型镉离子印迹磁性介孔硅胶固相萃取剂的制备方法与应用 | |
CN108084453A (zh) | UiO-66金属有机骨架材料的孔径拓展方法及应用 | |
CN101708463A (zh) | 一种高磁性负载导电高分子的重金属离子吸附剂及其制备方法 | |
CN107999019B (zh) | 一种两亲性磁性纳米球及其制备方法和吸附应用 | |
Ali et al. | Synthesis of ion-imprinted polymers based on chitosan for high selectivity of La (III), Ce (III) and Sm (III) via solid phase extraction | |
CN104017144B (zh) | 一种纳米复合材料及其制备方法 | |
CN101735417A (zh) | 用于稀土离子识别分离的表面印迹材料的制备方法 | |
CN107691641B (zh) | 一种利用金属有机骨架-分子印迹复合材料萃取分离奶粉中四环素类抗生素的方法 | |
Chen et al. | Magnetic solid-phase extraction of proteins based on hydroxy functional ionic liquid-modified magnetic nanoparticles | |
Xu et al. | Modification of mesoporous silica with molecular imprinting technology: A facile strategy for achieving rapid and specific adsorption | |
CN105597686B (zh) | Fe3O4@MIL-100(Fe)的制备方法及其应用 | |
CN110339816A (zh) | 一种锆基金属有机骨架材料的制备方法及其应用 | |
CN105664887A (zh) | 一种功能化磁性硅球的制备方法 | |
CN106824099A (zh) | 一种磁性CCPs固相萃取剂及其制备方法和应用 | |
Zheng et al. | One-step fabrication of imprinted mesoporous cellulose nanocrystals films for selective separation and recovery of Nd (III) | |
CN103965419A (zh) | 一种分离、净化莱克多巴胺的磁性印迹聚合物制备方法 | |
CN106883411A (zh) | 超顺磁性核壳结构介孔分子印迹聚合物的制备及作为固相萃取剂的应用 | |
Zhong et al. | A new hydrothermal cross-linking ion-imprinted chitosan for high-efficiency uranium removal | |
CN111420638A (zh) | 一种磁性纳米复合材料、磁泡腾片以及磁泡腾增强微萃取方法和应用 | |
Liu et al. | Solvent and catalyst free preparation of sulfonic acid functionalized magnetic covalent organic polymer as efficient adsorbent for malachite green removal | |
He et al. | Synergistic recognition of transferrin by using performance dual epitope imprinted polymers | |
CN103028351B (zh) | 苯磺酸修饰磁性微球及其制备方法和应用 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20191231 Termination date: 20201019 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |