CN110975796A - 一种纳米马达及其制备方法和应用 - Google Patents
一种纳米马达及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110975796A CN110975796A CN201911169738.XA CN201911169738A CN110975796A CN 110975796 A CN110975796 A CN 110975796A CN 201911169738 A CN201911169738 A CN 201911169738A CN 110975796 A CN110975796 A CN 110975796A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nano
- particles
- nanomotor
- motor
- core
- 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
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title description 6
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 29
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000002122 magnetic nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 20
- 125000003636 chemical group Chemical group 0.000 claims abstract description 15
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 10
- 229910052809 inorganic oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N ferrosoferric oxide Chemical compound O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 42
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 26
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 125000003368 amide group Chemical group 0.000 claims description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 9
- -1 imino, amino Chemical group 0.000 claims description 8
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 7
- WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N (3-aminopropyl)triethoxysilane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims description 6
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 6
- SFZULDYEOVSIKM-UHFFFAOYSA-N chembl321317 Chemical compound C1=CC(C(=N)NO)=CC=C1C1=CC=C(C=2C=CC(=CC=2)C(=N)NO)O1 SFZULDYEOVSIKM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- QXYJCZRRLLQGCR-UHFFFAOYSA-N dioxomolybdenum Chemical compound O=[Mo]=O QXYJCZRRLLQGCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000010992 reflux Methods 0.000 claims description 4
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 3
- WZCQRUWWHSTZEM-UHFFFAOYSA-N 1,3-phenylenediamine Chemical compound NC1=CC=CC(N)=C1 WZCQRUWWHSTZEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- NEAQRZUHTPSBBM-UHFFFAOYSA-N 2-hydroxy-3,3-dimethyl-7-nitro-4h-isoquinolin-1-one Chemical compound C1=C([N+]([O-])=O)C=C2C(=O)N(O)C(C)(C)CC2=C1 NEAQRZUHTPSBBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 2
- 235000013877 carbamide Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 claims description 2
- NGFQXYLWQODUIL-UHFFFAOYSA-N cyclohexylazanide Chemical compound [NH-]C1CCCCC1 NGFQXYLWQODUIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229940018564 m-phenylenediamine Drugs 0.000 claims description 2
- NDLPOXTZKUMGOV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoferriooxy)iron hydrate Chemical compound O.O=[Fe]O[Fe]=O NDLPOXTZKUMGOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 2
- 125000000467 secondary amino group Chemical group [H]N([*:1])[*:2] 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract description 30
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 11
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 10
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 10
- 230000000536 complexating effect Effects 0.000 description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 8
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 7
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 6
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 4
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 4
- 150000003141 primary amines Chemical group 0.000 description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 4
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 3
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 3
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 3
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 3
- 239000013522 chelant Substances 0.000 description 2
- 230000009920 chelation Effects 0.000 description 2
- 238000010668 complexation reaction Methods 0.000 description 2
- 231100000433 cytotoxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000001472 cytotoxic effect Effects 0.000 description 2
- 230000001815 facial effect Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006087 Silane Coupling Agent Substances 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LFVGISIMTYGQHF-UHFFFAOYSA-N ammonium dihydrogen phosphate Chemical compound [NH4+].OP(O)([O-])=O LFVGISIMTYGQHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000387 ammonium dihydrogen phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000007771 core particle Substances 0.000 description 1
- 238000004043 dyeing Methods 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000010842 industrial wastewater Substances 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 125000005647 linker group Chemical group 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 235000019837 monoammonium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 1
- DCKVFVYPWDKYDN-UHFFFAOYSA-L oxygen(2-);titanium(4+);sulfate Chemical compound [O-2].[Ti+4].[O-]S([O-])(=O)=O DCKVFVYPWDKYDN-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 description 1
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 229910000348 titanium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/10—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
- B01J20/103—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate comprising silica
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/06—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising oxides or hydroxides of metals not provided for in group B01J20/04
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
- B01J20/28002—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J20/28009—Magnetic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
- B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
- B01J20/28016—Particle form
- B01J20/28021—Hollow particles, e.g. hollow spheres, microspheres or cenospheres
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
- C02F1/281—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using inorganic sorbents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
- C02F1/5236—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities using inorganic agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/10—Inorganic compounds
- C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Water Treatment By Sorption (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
本发明公开一种纳米马达，其采用磁性纳米颗粒为核，在磁性纳米颗粒表面包裹无机氧化物形成核壳结构的纳米颗粒，然后将含N有机化学基团通过共价键的作用固定在纳米颗粒表面；该纳米马达合成简单、成本低廉、吸附时间短、吸附容量大、操作方便、经济高效，不仅适用于含不同种类重金属离子废水的高效处理，还解决了传统方法吸附材料无法再生、不易与水相分离且耗时耗能的问题。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种纳米马达的制备及其应用。
背景技术
重金属水污染的处理技术有三类：①化学处理技术②物理处理技术③生物处理技术。传统的化学处理技术主要有沉淀技术和氧化还原技术两种，此处理技术广泛应用于离子浓度较大的重金属废水中。沉淀技术在消除污染中的重金属应用极为广泛，其主要是利用化学反应将废水中重金属离子产生沉积的重金属物质，从而实现重金属的消除。沉淀技术具有反应时间段、工艺简单，对高浓度重金属污染废水处理效果好的特点，但是存在处理成本高、易导致二次污染等问题。物理处理技术主要包含离子互换技术、黏附技术和膜分离技术，此技术多应用于对重金属浓度较低的废水处理中。传统的物理法，如电析法、过滤法、渗透法等存在处理重金属成本高，能耗高、电极消耗量大等问题。生物处理技术包含生物凝固、生物黏附和植物修复等技术。此处理技术在重金属水污染处理中，具有低成本、高效益、不产生二次水污染、有效改善自然生态的特点，并且在水污染的解毒也占有很大的优势，但是存在处理时间长、易被环境因素影响等问题。
发明内容
针对工业废水中重金属离子难以有效去除，对含重金属离子废水治理不彻底的问题，本发明提供了一种合成简单、吸附时间短、吸附容量大、易与水相分离、经济高效的新型纳米马达。该新型纳米马达由氨（胺）类有机化学基团、磁性纳米材料、无机化学类物质合成。即采用磁性纳米颗粒为核，在磁性纳米颗粒表面包裹无机氧化物形成核壳结构的纳米颗粒，然后将含N有机化学基团通过共价键的作用固定在纳米颗粒表面。
所述磁性纳米颗粒为纳米铁粉、三氧化二铁、四氧化三铁中的一种，粒径50-200nm。
所述无机氧化物为二氧化硅、二氧化钛、二氧化钼中的一种。
所述含N有机化学基团为亚氨基、氨基、偕胺肟基、羟肟酸基、酰胺基、仲胺基、伯胺基、伯酰胺基、仲酰胺基中的一种或几种。
本发明另一目的是提供上述纳米马达的制备方法，按常规方法将无机氧化物包裹于磁性纳米颗粒表面，将合成的核壳结构的纳米颗粒分散在无水乙醇中，然后加入胺类有机化合物，其中纳米颗粒与胺类有机化合物的质量比为1:0.5-1:0.2，在50-80℃条件下回流反应或室温反应，反应完成后产物用水和乙醇交替清洗3次，干燥制得纳米马达。
所述胺类有机化合物为3-氨丙基三乙氧基硅烷、碳酰胺、间苯二胺、乙二胺、顺式二氨基马来腈、N-环己基酰胺中的一种。
本发明另一目的是将纳米马达应用在处理含重金属废水中，其是将纳米马达放在含重金属有机废水中，在外加磁场作用下处理废水，磁场强度为0.001-1T，并在磁场作用下实现分离，完成水的净化处理。
本发明纳米马达对重金属的吸附为化学吸附与物理吸附相耦合的结果；利用氨（胺）类有机化学基团与重金属离子发生络合及螯合反应，以及和核壳颗粒本身物理吸附相耦合的方式，去除废水中的重金属离子。氨（胺）类有机化学基团中的氮原子含有未成键的孤对电子，可以与重金属离子发生配位作用形成稳定的螯合物；氨（胺）类有机化学基团中的氮原子上还有的孤对电子可以进入重金属的空轨道形成配位键，与游离在废水中的重金属离子构成稳定的络合物，将重金属离子吸附在纳米马达颗粒表面；合成核壳颗粒粒径小，比表面积巨大，其表面波动的偶极矩与重金属离子会产生香相互作用，从而将重金属离子吸附在纳米马达颗粒表面。
为保证良好的吸附效果，纳米马达颗粒粒径为60~230nm，此时氨（胺）类有机化学基团易于到合成颗粒表面。磁性纳米颗粒的核粒径为50-200nm保证了与含重金属离子废水能够充分混合，且易于与在外加磁场的作用下发生定向移动，从含重金属离子的废水中分离。无机化学类物质的壳厚度为10-30nm保障了在酸性环境下，磁性纳米颗粒不会被氧化分解，同时提供大量的活性官能团为其嫁接氨（胺）类有机化学基团提供帮助。
本发明的优点：
本发明纳米马达合成简单、成本低廉、吸附时间短、吸附容量大、操作方便、易与水相分离、经济高效；
本发明纳米马达可根据处理含重金属离子选用不同的核、壳和氨（胺）类有机化学基团合成对不同重金属选择性高的纳米马达；本发明纳米马达对重金属的吸附为化学吸附与物理吸附相耦合的结果；利用氨（胺）类有机化学基团与重金属离子发生络合及螯合反应和核壳颗粒本身物理吸附相耦合的方式，去除废水中的重金属离子；氨（胺）类有机化学基团中的氮原子含有未成键的孤对电子，可以与重金属离子发生配位作用形成稳定的螯合物。氨（胺）类有机化学基团中的氮原子上还有的孤对电子可以进入重金属的空轨道形成配位键，与游离在废水中的重金属离子构成稳定的络合物，将重金属离子吸附在纳米马达颗粒表面。合成核壳颗粒粒径小，比表面积巨大，其表面波动的偶极矩与重金属离子会产生香相互作用，从而将重金属离子吸附在纳米马达颗粒表面。
本发明可实现对重金属离子的高效处理，同时纳米马达具有良好的稳定性和循环利用，材料的可再生性能有效降低水处理的成本，多次再生后纳米马达质量无损耗，吸附效果无明显下降。
附图说明
图1为实施例1纳米马达的红外光谱图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行进一步详细描述，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1：本纳米马达采用四氧化三铁纳米颗粒（粒径50-100nm）为核，在磁性纳米颗粒表面包裹二氧化硅形成核壳结构的纳米颗粒，然后将氨基通过共价键的作用固定在纳米颗粒表面。
（1）以纳米四氧化三铁为核，在其表面包裹一层二氧化硅
取100mL无水乙醇、25mL去离子水、1mL氨水，置于圆底烧瓶内混溶；加入0.1g纳米四氧化三铁，超声使得四氧化三铁颗粒分散均匀；边搅拌，边向该混合物中逐渐滴加1mL正硅酸乙酯，持续搅拌6h；所得褐色沉淀用去离子水和乙醇交替洗涤三次，置于60℃真空烘箱中干燥，得Fe3O4@SiO2的核壳颗粒；
（2）在核壳颗粒表面嫁接氨基，利用硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）将氨基引入到Fe3O4@SiO2核壳颗粒表面
（3）取0.5gFe3O4@SiO2核壳颗粒加入到50mL无水乙醇中，加入0.1g APTES，在80℃下回流16h；所得样品用去离子水和乙醇交替洗涤三次，置于60℃真空烘箱中干燥，得到Fe3O4@SiO2-氨基的纳米马达（图1）；从图中可以看出3444cm-1处、1635 cm-1处分别对应氨基中N-H键的伸缩振动和N-H键的弯曲振动（面内）证明氨基固定到了颗粒表面。
Fe3O4@SiO2- NH2的纳米马达对含重金属离子的废水进行处理，置于含Cu2+浓度为30mg/L、Hg2+浓度为20mg/L、pH为5的电镀废水中，室温下、磁场强度0.001-0.005T下搅拌吸附3h，该纳米马达表面上的氨基对Hg2+和Cu2+具有超高的络合及螯合作用，迅速的在纳米马达表面形成稳定的络合及螯合产物，测定体系中Cu2+、Hg2去除率分别为95%、96%，达到吸附平衡；其中1h测定体系中Cu2+、Hg2去除率均达到90%；调节外加磁场，纳米马达迅速向磁体移动，10min水样达到清澈，室温下、磁场强度0.005-1T下，纳米马达全部富集在磁体上，实现与水相的分离。
实施例2：本纳米马达采用四氧化三铁纳米颗粒（粒径100-150nm）为核，在磁性纳米颗粒表面包裹二氧化钛形成核壳结构的纳米颗粒，然后将氨基通过共价键的作用固定在纳米颗粒表面。
（1）将2.16g三氯化铁、0.033g磷酸二氢铵和0.025硫酸钠加入400mL去离子水中搅拌5min，将混合溶液倒入高压釜中在220℃下加热48h；待高压釜温度降至室温后，将高压釜底的沉淀取出，用去离子水和无水乙醇清洗，在80℃下干燥12h，得到Fe3O4纳米颗粒；
（2）将0.075g Fe3O4纳米颗粒超声分散到100mL水中，1.5h内于30±5℃，缓慢加入25mL浓度为0.05mol/L硫酸钛溶液并保持温度继续搅拌3h，然后停止搅拌加热，使混合溶液中的物质沉降3h，将沉淀用水和乙醇清洗，在空气干燥后得到Fe3O4@TiO2核壳纳米管在Ar/H2下，在350℃退火3小时，得到Fe3O4@TiO2纳米颗粒；
（3）取0.5g Fe3O4@TiO2核壳颗粒加入到50mL无水乙醇中，加入0.1g APTES，在80℃下回流16h；所得样品用去离子水和乙醇交替洗涤三次，置于60℃真空烘箱中干燥，得到Fe3O4@TiO2-氨基的纳米马达；
Fe3O4@TiO2-NH2的纳米马达对含重金属离子的废水进行处理，置于含Cr6-浓度为40mg/L，Cd2+浓度为30mg/L、pH为6的冶金废水中，室温下、磁场强度0.001-0.005T下吸附3h，该纳米马达表面上的氨基对Cr6-和Cd2+具有超高的络合及螯合作用，迅速的在纳米马达表面形成稳定的络合及螯合产物，测定体系中Cr6-、Cd2+去除率分别为91%、92%，达到吸附平衡。其中1h测定体系中Cr6-、Cd2+去除率均达到90%。调节外加磁场，纳米马达迅速向磁体移动，10min水样达到清澈，室温下、磁场强度0.005-1T下纳米马达全部富集在磁体上，实现与水相的分离。
实施例3：本纳米马达采用四氧化三铁纳米颗粒为核，在磁性纳米颗粒表面包裹二氧化钛形成核壳结构的纳米颗粒，然后将伯胺基通过多步氧化还原反应，以共价键的形式固定在纳米颗粒表面。Fe3O4@SiO2核壳结构的制备参照“Dong Y , Wen B , Chen Y , etal. Autoclave-free facile approach to the synthesis of highly tunablenanocrystal clusters for magnetic responsive photonic crystals[J]. RSC Adv.2016, 6(69):64434-64440.”；伯胺基的嫁接方法参照“Patil U S , Qu H , Caruntu D,et al.Labeling Primary Amine Groups in Peptides and Proteins with N-Hydroxysuccinimidyl Ester Modified Fe3O4@SiO2 Nanoparticles ContainingCleavable Disulfide-Bond Linkers[J]. Bioconjugate Chemistry, 2013, 24(9):1562-1569.”；
Fe3O4@TiO2-NH2的纳米马达对含重金属离子的废水进行处理，置于含Pb2+浓度为30mg/L，As5+浓度为30mg/L、pH为5的印染废水中，室温下、磁场强度0.001-0.005T下吸附3h，该纳米马达表面上的伯胺基对Pb2+和As5+具有超高的络合及螯合作用，迅速的在纳米马达表面形成稳定的络合及螯合产物，测定体系中Pb2+、As5+去除率分别为91%、92%，达到吸附平衡。其中1h测定体系中Pb2+、As5+去除率均达到90%。调节外加磁场，纳米马达迅速向磁体移动，10min水样达到清澈，室温下、磁场强度0.005-1T下纳米马达全部富集在磁体上，实现与水相的分离。
实施例4：本纳米马达采用四氧化三铁纳米颗粒（粒径50-100nm）为核，在磁性纳米颗粒表面包裹二氧化钛形成核壳结构的纳米颗粒，然后将酰胺基通过多步氧化还原反应，以共价键的形式固定在纳米颗粒表面。Fe3O4@SiO2核壳结构的制备参照“Dong Y , Wen B ,Chen Y , et al. Autoclave-free facile approach to the synthesis of highlytunable nanocrystal clusters for magnetic responsive photonic crystals[J].RSC Adv. 2016, 6(69):64434-64440.”；酰胺基的嫁接方法参照“Banaei M , MehdiSalami‐Kalajahi. A “Grafting to” Approach to Synthesize Low Cytotoxic Poly(aminoamide)‐Dendrimer‐grafted Fe3O4 Magnetic Nanoparticles[J]. Advances inPolymer Technology, 2018, 37.”。
Fe3O4@TiO2-NH2的纳米马达对含重金属离子的废水进行处理，置于含Cu2+浓度为40mg/L、Cd2+浓度为30mg/L、pH为4的冶炼废水中，室温下、磁场强度0.001-0.005T下吸附3h，该纳米马达表面上的酰胺基对Cu2+和Cd2+具有超高的络合及螯合作用，迅速的在纳米马达表面形成稳定的络合及螯合产物，测定体系中Cu2+、Cd2+去除率分别为94%、93%，达到吸附平衡。其中1h测定体系中Cu2+、Cd2+去除率均达到85%。调节外加磁场，纳米马达迅速向磁体移动，10min水样达到清澈，室温下、磁场强度0.005-1T下纳米马达全部富集在磁体上，实现与水相的分离。
实施例5：本纳米马达采用四氧化三铁纳米颗粒（粒径50-100nm）为核，在磁性纳米颗粒表面包裹二氧化钛形成核壳结构的纳米颗粒，然后将偕胺肟基通过多步氧化还原反应，以共价键的形式固定在纳米颗粒表面。Fe3O4@SiO2核壳结构的制备参照“Dong Y , WenB , Chen Y , et al. Autoclave-free facile approach to the synthesis of highlytunable nanocrystal clusters for magnetic responsive photonic crystals[J].RSC Adv. 2016, 6(69):64434-64440.”；偕胺肟基的嫁接方法参照“Banaei M , MehdiSalami‐Kalajahi. A “Grafting to” Approach to Synthesize Low Cytotoxic Poly(aminoamide)‐Dendrimer‐grafted Fe3O4 Magnetic Nanoparticles[J]. Advances inPolymer Technology, 2018, 37.”。
Fe3O4@TiO2-NH2的纳米马达对含重金属离子的废水进行处理，置于含Cr6-浓度为40mg/L、As5+浓度为25mg/L、pH为6的养殖废水中，室温下、磁场强度0.001-0.005T下吸附3h，该纳米马达表面上的偕胺肟基对Cr6-和As5+具有超高的络合及螯合作用，迅速的在纳米马达表面形成稳定的络合及螯合产物，测定体系中Cr6-、As5+去除率分别为88%、85%，达到吸附平衡。其中1h测定体系中Cr6-、As5+去除率均达到78%。调节外加磁场，纳米马达迅速向磁体移动，10min水样达到清澈，室温下、磁场强度0.005-1T下纳米马达全部富集在磁体上，实现与水相的分离。
Claims (7)
1.一种纳米马达，其特征在于：采用磁性纳米颗粒为核，在磁性纳米颗粒表面包裹无机氧化物形成核壳结构的纳米颗粒，然后将含N有机化学基团通过共价键的作用固定在纳米颗粒表面。
2.根据权利要求1所述的纳米马达，其特征在于：无机氧化物为二氧化硅、二氧化钛、二氧化钼中的一种。
3.根据权利要求1所述的纳米马达，其特征在于：含N有机化学基团为亚氨基、氨基、偕胺肟基、羟肟酸基、酰胺基、仲胺基、伯胺基、伯酰胺基、仲酰胺基中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的纳米马达，其特征在于：磁性纳米颗粒为纳米铁粉、三氧化二铁、四氧化三铁中的一种，粒径50-200nm。
5.权利要求1-4中任一项所述的纳米马达的制备方法，其特征在于：按常规方法将无机氧化物包裹于磁性纳米颗粒表面，将合成的核壳结构的纳米颗粒分散在无水乙醇中，然后加入胺类有机化合物，其中纳米颗粒与胺类有机化合物的质量比为1:0.5-1:0.2，在50-80℃条件下回流反应或室温反应，反应完成后产物用水和乙醇交替清洗3次，干燥制得纳米马达。
6.根据权利要求4所述的纳米马达的制备方法，其特征在于：胺类有机化合物为3-氨丙基三乙氧基硅烷、碳酰胺、间苯二胺、乙二胺、顺式二氨基马来腈、N-环己基酰胺中的一种。
7.权利要求1所述的纳米马达在处理含重金属废水中的应用，其特征在于：将纳米马达放在含重金属有机废水中，在外加磁场作用下处理废水，磁场强度为0.001-1T，并在磁场作用下实现分离，完成水的净化处理。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911169738.XA CN110975796A (zh) | 2019-11-26 | 2019-11-26 | 一种纳米马达及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911169738.XA CN110975796A (zh) | 2019-11-26 | 2019-11-26 | 一种纳米马达及其制备方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110975796A true CN110975796A (zh) | 2020-04-10 |
Family
ID=70086797
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911169738.XA Pending CN110975796A (zh) | 2019-11-26 | 2019-11-26 | 一种纳米马达及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110975796A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111575267A (zh) * | 2020-05-06 | 2020-08-25 | 吕梁学院 | 一种人造微纳米机器人及其制备方法 |
| CN111762937A (zh) * | 2020-06-19 | 2020-10-13 | 昆明理工大学 | 一种复合型光催化纳米马达的制备方法及应用 |
| CN112107594A (zh) * | 2020-09-29 | 2020-12-22 | 苏州大学 | 共价有机纳米片材料的应用 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013020564A2 (en) * | 2011-08-09 | 2013-02-14 | Girgis Emad Azmy | The use of nano alloys in wastewater treatment |
| CN106179450A (zh) * | 2016-07-21 | 2016-12-07 | 昆明理工大学 | 一种磁性有机催化材料的制备方法及其应用 |
| CN107051374A (zh) * | 2017-03-13 | 2017-08-18 | 河南师范大学 | 一种空心磁性Fe3O4@SiO2‑NH2功能化纳米吸附材料及其制备方法和应用 |
| CN108380171A (zh) * | 2018-03-26 | 2018-08-10 | 武汉理工大学 | 一种氨基功能化磁性二氧化硅吸附材料的制备方法 |
| CN109594326A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-04-09 | 福建工程学院 | 一种基于γ-Fe2O3/ MnO2磁导自推进微纳马达及其制备方法 |
| CN110038518A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-07-23 | 济南大学 | 一种尺寸可控的zif-8磁性自驱动微管马达吸附剂及其应用 |
-
2019
- 2019-11-26 CN CN201911169738.XA patent/CN110975796A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013020564A2 (en) * | 2011-08-09 | 2013-02-14 | Girgis Emad Azmy | The use of nano alloys in wastewater treatment |
| CN106179450A (zh) * | 2016-07-21 | 2016-12-07 | 昆明理工大学 | 一种磁性有机催化材料的制备方法及其应用 |
| CN107051374A (zh) * | 2017-03-13 | 2017-08-18 | 河南师范大学 | 一种空心磁性Fe3O4@SiO2‑NH2功能化纳米吸附材料及其制备方法和应用 |
| CN108380171A (zh) * | 2018-03-26 | 2018-08-10 | 武汉理工大学 | 一种氨基功能化磁性二氧化硅吸附材料的制备方法 |
| CN109594326A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-04-09 | 福建工程学院 | 一种基于γ-Fe2O3/ MnO2磁导自推进微纳马达及其制备方法 |
| CN110038518A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-07-23 | 济南大学 | 一种尺寸可控的zif-8磁性自驱动微管马达吸附剂及其应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| FANGZHI MOU ET AL: ""Facile preparation of magnetic g-Fe2O3/TiO2 Janus hollow bowls with efficient visible-light photocatalytic activities by asymmetric shrinkage"", 《NANOSCALE》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111575267A (zh) * | 2020-05-06 | 2020-08-25 | 吕梁学院 | 一种人造微纳米机器人及其制备方法 |
| CN111575267B (zh) * | 2020-05-06 | 2024-05-14 | 吕梁学院 | 一种人造微纳米机器人及其制备方法 |
| CN111762937A (zh) * | 2020-06-19 | 2020-10-13 | 昆明理工大学 | 一种复合型光催化纳米马达的制备方法及应用 |
| CN111762937B (zh) * | 2020-06-19 | 2021-10-29 | 昆明理工大学 | 一种复合型光催化纳米马达的制备方法及应用 |
| CN112107594A (zh) * | 2020-09-29 | 2020-12-22 | 苏州大学 | 共价有机纳米片材料的应用 |
| CN112107594B (zh) * | 2020-09-29 | 2021-10-26 | 苏州大学 | 共价有机纳米片材料的应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107961764B (zh) | 一种羧甲基-β-环糊精功能化磁性介孔硅微球的制备方法 | |
| CN110975796A (zh) | 一种纳米马达及其制备方法和应用 | |
| Hao et al. | Simultaneous cationic Cu (II)‒anionic Sb (III) removal by NH2-Fe3O4-NTA core-shell magnetic nanoparticle sorbents synthesized via a facile one-pot approach | |
| CN106540658A (zh) | 一种氧化石墨烯共价键包覆磁性纳米粒子复合材料及其制备方法 | |
| Harinath et al. | Development of hyperbranched polymer encapsulated magnetic adsorbent (Fe3O4@ SiO2–NH2-PAA) and its application for decontamination of heavy metal ions | |
| CN105771908B (zh) | 一种用于重金属吸附的磁性二氧化硅核壳复合材料及其制备方法 | |
| Mu et al. | Preparation of a polyelectrolyte-coated magnetic attapulgite composite for the adsorption of precious metals | |
| Wu et al. | Green synthesis of reusable super-paramagnetic diatomite for aqueous nickel (II) removal | |
| CN1229305C (zh) | 超声处理制备铁氧体－二氧化硅核壳纳米粒子的方法 | |
| CN105399176B (zh) | 一种磺酸基改性超顺磁纳米材料的制备方法及其应用 | |
| CN101505865A (zh) | 磁性化学吸收剂、其制造方法、再生方法及废液处理方法 | |
| Wu et al. | Novel polyazamacrocyclic receptor decorated core–shell superparamagnetic microspheres for selective binding and magnetic enrichment of palladium: synthesis, adsorptive behavior and coordination mechanism | |
| CN108854938B (zh) | 氨基改性磁性CoFe2O4复合材料的制备方法及应用 | |
| Kheshti et al. | Investigating the high gradient magnetic separator function for highly efficient adsorption of lead salt onto magnetic mesoporous silica microspheres and adsorbent recycling | |
| CN112892502A (zh) | 含聚多巴胺的离子螯合剂的制备方法及所得产品 | |
| Han et al. | Facile synthesis of Fe3Pt-Ag nanocomposites for catalytic reduction of methyl orange | |
| Ge et al. | Mussel-inspired magnetic adsorbent MnO2/PDA@ Fe3O4 for removing heavy metal ions contaminants in single and mixed systems | |
| Zhang et al. | Highly efficient uranium (VI) remove from aqueous solution using nano-TiO2-anchored polymerized dopamine-wrapped magnetic photocatalyst | |
| CN106946375A (zh) | 一种纳米零价铁联合离子交换树脂去除水中总氮的方法及应用 | |
| Abdelmegeed et al. | Synthesis of functionalized superparamagnetic nanoparticles as highly efficient nanoadsorbents: removal of heavy metals from industrial wastewater sample as a case study | |
| Chen et al. | Dissolved‑selenium removal using magnetic nanoparticles: A state-of-the-art review | |
| CN105056890B (zh) | 一种磁性纳米盘以及利用其进行重金属污水处理的方法 | |
| CN112979008A (zh) | 一种含铊废水的处理方法 | |
| Zhu et al. | Magnetic carbon nanofibers as potent adsorbents for phosphate removal and regeneration | |
| CN115138340B (zh) | 一种磷酸化磁性壳聚糖吸附剂的制备方法及其应用 |
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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200410 |