CN112007614A - 一种硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子及其制备方法和应用 - Google Patents
一种硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子及其制备方法和应用,属于纳米材料制备领域。该方法根据邻苯二甲酸酯(PAEs)的化学结构,合成了具有特定官能团的新型两亲性硅烷化试剂,然后以磁性纳米粒子为核,两亲性氧化硅层为壳,采用一步溶胶‑凝胶法,制备了新型两亲性磁性纳米粒子。本发明所采用的修饰方法简单、条件温和,且在修饰磁性纳米粒子前,两亲性硅烷化试剂上的特定官能团已形成,极大地提高了修饰过程的可控性和可调性,特定官能团的修饰不仅提供了吸附位点,而且提高了材料在水溶液中的分散性,制得的两亲性磁性纳米粒子粒径均一、水溶性好、易于分离,可快速实现对环境水样中PAEs的快速高效去除和富集。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料和环境化学等技术领域,具体涉及一种硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子及其制备方法。
背景技术
邻苯二甲酸酯(PAEs)是一种广泛应用于工业,农业和家庭生活中的增塑剂。PAEs可以提高塑料制品的柔韧性和耐久性,但是PAEs通过物理作用与聚合物键合,键合作用力弱,易从日用塑料制品中浸出并迁移到环境中。研究发现,PAEs具有雌激素的特性,且其会通过食物链在人体内蓄积,从而引起生殖系统功能障碍或者突变。这不仅会危害到人们的健康,而且威胁着人类的繁衍。
目前,去除PAEs的方法主要有生物降解、化学氧化和吸附法。降解和化学氧化存在降解不完全、处理时间长、甚至产生有毒中间体的弊端。相比之下,吸附法因其简单、高效、低成本、省时而具有一定的优越性。常用的吸附剂主要有活性炭,粘土矿物,生物炭和树脂等。但这些材料普遍存在萃取效率低,吸附速率慢,选择性差,再生复杂和能源消耗过大等缺点。
因此,发展一种能有效提高萃取效率的新型吸附材料,实现环境水中PAEs的有效富集和去除,对于环境水安全保障具有重要的现实意义。迄今,关于两亲性硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子的制备方法及应用方面的研究在国内外尚未见有关论文或专利报道,在理论上和方法上均属于创新性研究。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子及其制备方法和应用,该方法极大提高了修饰过程的可控性和可调性,制得的两亲性磁性纳米粒子可实现环境水中PAEs的高效富集和去除。
为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案予以实现:
本发明公开了一种硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子的制备方法,包括以下步骤:
步骤一:通过环氧开环反应合成两亲性硅烷化试剂:
按照(1.36~1.38)mL:(0.004~0.006)mol:(55~60)μL的用量比取3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、有机胺和催化剂,在50~60℃下回流反应8~12h,萃取回流产物,得到两亲性硅烷化试剂;
步骤二:通过溶剂热法合成Fe3O4纳米粒子:
按照(1.30~1.40)g:(3.50~3.70)g:(30~40)mL的用量比取氯化铁、乙酸钠和乙二醇,在180~220℃下反应8~10h,将反应产物洗涤、干燥,得到Fe3O4纳米粒子;
步骤三:通过溶胶-凝胶反应制备两亲性磁性纳米粒子:
按(190~210)g:(80~100)mL:(4.0~5.0)mL:(1.0~1.5)mL:(40~50)mL的用量比取Fe3O4纳米粒子、乙醇-水溶液、氨水、两亲性硅烷化试剂和乙醇;先将Fe3O4纳米粒子、乙醇-水溶液和氨水进行超声处理,然后在室温下搅拌1~2h,得到混合体系;再将两亲性硅烷化试剂溶于乙醇中,然后加入到上述混合体系中,室温搅拌8~12h,制得两亲性磁性纳米粒子;
步骤四:两亲性磁性纳米粒子的后处理:通过外加磁场,将步骤三制得的两亲性磁性纳米粒子分离出来;洗脱、干燥,制得硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子。
优选地,步骤一中,所述有机胺为正丁胺、正辛胺、二正丁胺、二正辛胺、正丁基苯胺和正辛基苯胺;所述催化剂为SnCl4。
优选地,步骤二中,将反应产物洗涤、干燥是采用乙醇和超纯水将反应产物洗涤至中性,然后在50~60℃及0.06-0.09MPa的压力下真空干燥5-8h。
优选地,步骤三中,乙醇-水溶液中乙醇与水的体积比为1:1-1:3,氨水的质量分数为24%。
优选地,步骤三中,超声处理时间为10~15min,机械搅拌转速为400~500r/min。
优选地,步骤四中,采用乙醇和超纯水进行洗脱,真空干燥,干燥温度为50~60℃,干燥时间为5~8h。
进一步优选地,在进行步骤二前,还包括对步骤一制得的两亲性硅烷化试剂进行纯化的操作:
将步骤一中制得的两亲性硅烷化试剂通过硅胶色谱法纯化,采用体积比为(1:5~10:1)的乙酸乙酯和石油醚的混合溶液作为流动相,得到纯化后的两亲性硅烷化试剂。
本发明还公开了采用上述的制备方法制得的硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子,该硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子能够吸附邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸二辛酯,吸附量分别为95~105mg/g和162~175mg/g。
优选地,该硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子的粒径为240~260nm,硅烷化层厚约为5nm。
本发明还公开了上述的硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子作为吸附剂的应用,该硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子能够快速实现对环境水样中邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸二辛酯的高选择性去除和富集。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明提供的两亲性磁性纳米粒子的制备方法,首先,根据PAEs的化学结构,通过环氧开环反应合成具有特定官能团的两亲性硅烷化试剂;然后,以溶剂热法合成的磁性Fe3O4纳米粒子为载体,两亲性氧化硅层为壳,采用一步溶胶-凝胶法,制备了新型两亲性磁性纳米粒子。其中,磁性吸附材料表面的疏水微区通过疏水作用力和π-π相互作用吸附目标分子PAEs,而其表面的亲水微区则通过提高材料在环境水中的分散性,从而促进目标分子PAEs与吸附材料之间的扩散。最后,通过外加磁场将固态聚合物分离出来,超纯水洗涤,干燥后,即得到两亲性磁性纳米粒子。相较于其他类型吸附剂的合成方法,本发明采用磁性纳米粒子载体,可实现在外加磁场下固液的快速分离;采用溶胶-凝胶法实现新型两亲性硅烷化试剂的修饰,方法温和可控,简单可调;所修饰的两亲性硅烷化试剂与PAEs相似的化学结构,特定官能团的修饰不仅提供了大量PAEs的吸附位点,而且提高了材料在水溶液中的分散性。
进一步地,根据PAEs的化学结构,本发明合成了六种具有特定官能团的新型两亲性硅烷化试剂,丰富了吸附剂的种类。
进一步地,在溶剂热法合成Fe3O4纳米粒子操作前,通过硅胶色谱纯化法对制得的两亲性硅烷化试剂进行提纯,有效的保障了产物的纯度以及吸附性能。
本发明制得的两亲性磁性纳米粒子粒径均一(粒径为240~260nm)、磁响应性强、可重复利用性好、吸附容量高(对邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸二辛酯的吸附量分别为95~105mg/g和162~175mg/g)。且制备方法简单、材料成本低廉、是一种高效富集和去除环境水中PAEs的优良材料,在环境水污染处理方面显示出广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1步骤二合成的六种新型硅烷化试剂的核磁图谱;
图2为本发明实施例1步骤三采用溶剂热法合成的磁性纳米粒子的透射电镜图;
图3为本发明实施例1采用溶胶-凝胶法合成的新型硅烷化试剂修饰的两亲磁性纳米粒子透射电镜图;
图4为两亲性吸附剂的等温吸附曲线;
图5为两亲性磁性纳米粒子吸附PAEs后的照片。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
实施例1
一种新型硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子的制备方法,可按如下步骤制备:
步骤一、将1.36mL 3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷(GPS)、1.51mL有机胺和58μLSnCl4加入三口烧瓶中,在50℃下回流12h,反应结束后,用二氯甲烷萃取回流产物,即得到待纯化的两亲性硅烷化试剂。
步骤二、将步骤一中待纯化的两亲性硅烷化试剂通过硅胶色谱法纯化,使用体积比为1:5~10:1的石油醚与乙酸乙酯的混合溶液作为流动相,即得到纯化后的两亲性硅烷化试剂。六种新型硅烷化试剂的核磁图谱如图1所示。
步骤三、将1.35g氯化铁、3.60g乙酸钠和35mL乙二醇置于50mL反应釜中,在200℃反应10h,乙醇和超纯水洗至中性,在50℃及0.07MPa的压力下真空干燥5h,即得到裸磁球。如图2所示,制得的磁性Fe3O4纳米粒子的粒径约为250nm。
步骤四、将190mg步骤三中的裸磁球、80mL体积比为2:3的乙醇-水溶液、4.0mL质量分数为24%的氨水加入三口烧瓶中,超声处理10min,室温搅拌2h,再将步骤二中1.0mL两亲性硅烷化试剂溶于40mL乙醇,然后加入到三口烧瓶中,室温搅拌12h,机械搅拌转速为400~500r/min。
步骤五、通过外加磁场,将步骤四中的两亲性磁性纳米粒子分离出来;乙醇和超纯水洗至中性,50℃下真空干燥5h,即得新型硅烷化试剂修饰的两亲磁性纳米粒子。如图3所示,制得的新型硅烷化试剂修饰的两亲磁性纳米粒子粒径约为260nm。
将各实施例1制得的两亲性磁性纳米粒子进行吸附性能检测,具体如下:
(1)两亲性磁性纳米粒子10mg分别加入到10mL浓度为200mg/L的DBP和DOP水溶液中,室温下振荡60min后,通过外加磁场分离出上清液;之后向含有剩余固体的烧杯中加入5mL丙酮,室温下振荡15min进行解吸附,通过外加磁场将解吸附后的溶液分离出来。
(2)用气相-质谱联用仪测定(1)中所得解吸附溶液中DBP和DOP的浓度,再计算出两亲性磁性纳米粒子对DBP和DOP的吸附量;
所测得的解吸附溶液中DBP的浓度为32.3mg/L,DOP的浓度为54.4mg/L所述的两亲性磁性纳米粒子对DBP或DOP吸附量的计算公式为:
式中C解吸为上述解吸附溶液中DBP或DOP的浓度;
通过计算,两亲性磁性纳米粒子对DBP和DOP的吸附量分别为96.9mg/g和163.2mg/g。
实施例2
一种新型硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子的制备方法,可按如下步骤制备:
步骤一、将1.37mL 3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷(GPS)、1.48mL有机和55μLSnCl4加入三口烧瓶中,在50℃下回流10h,反应结束后,用二氯甲烷萃取回流产物,即得到待纯化的两亲性硅烷化试剂。
步骤二、将步骤一中待纯化的两亲性硅烷化试剂通过硅胶色谱法纯化,使用体积比为1:5~10:1的石油醚与乙酸乙酯的混合溶液作为流动相,即得到纯化后的两亲性硅烷化试剂。
步骤三、将1.33g氯化铁、3.65g乙酸钠和38mL乙二醇置于50mL反应釜中,在180℃反应8h,乙醇和超纯水洗至中性,在55℃及0.08MPa的压力下真空干燥6h,即得到裸磁球。
步骤四、将195mg步骤三中的裸磁球、90mL体积比为2:3的乙醇-水溶液、4.5mL质量分数为24%的氨水加入三口烧瓶中,超声处理10min,室温搅拌1.5h,再将步骤二中1.2mL两亲性硅烷化试剂溶于45mL乙醇,然后加入到三口烧瓶中,室温搅拌12h,机械搅拌转速为500r/min。
步骤五、通过外加磁场,将步骤四中的两亲性磁性纳米粒子分离出来;乙醇和超纯水洗至中性,60℃下真空干燥6h,即得新型硅烷化试剂修饰的两亲磁性纳米粒子。
将各实施例2制得的两亲性磁性纳米粒子进行吸附性能检测,具体如下:
(1)两亲性磁性纳米粒子10mg分别加入到10mL浓度为200mg/L的DBP和DOP水溶液中,室温下振荡60min后,通过外加磁场分离出上清液;之后向含有剩余固体的烧杯中加入5mL丙酮,室温下振荡15min进行解吸附,通过外加磁场将解吸附后的溶液分离出来。
(2)用气相-质谱联用仪测定(1)中所得解吸附溶液中DBP和DOP的浓度,再计算出两亲性磁性纳米粒子对DBP和DOP的吸附量;
所测得的解吸附溶液中DBP的浓度为33.6mg/L,DOP的浓度为56.8mg/L所述的两亲性磁性纳米粒子对DBP或DOP吸附量的计算公式为:
式中C解吸为上述解吸附溶液中DBP或DOP的浓度;
通过计算,两亲性磁性纳米粒子对DBP和DOP的吸附量分别为100.8mg/g和170.4mg/g。
实施例3
一种新型硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子的制备方法,可按如下步骤制备:
步骤一、将1.37mL 3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷(GPS)、1.14mL有机胺和60μLSnCl4加入三口烧瓶中,在60℃下回流9h,反应结束后,用二氯甲烷萃取回流产物,即得到待纯化的两亲性硅烷化试剂。
步骤二、将步骤一中待纯化的两亲性硅烷化试剂通过硅胶色谱法纯化,使用体积比为1:5~10:1的石油醚与乙酸乙酯的混合溶液作为流动相,即得到纯化后的两亲性硅烷化试剂。
步骤三、将1.37g氯化铁、3.60g乙酸钠和40mL乙二醇置于50mL反应釜中,在200℃反应8h,乙醇和超纯水洗至中性,在50℃及0.09MPa的压力下真空干燥6h,即得到裸磁球。
步骤四、将200mg步骤三中的裸磁球、85mL体积比为2:3的乙醇-水溶液、4.8mL质量分数为24%的氨水加入三口烧瓶中,超声处理15min,室温搅拌2h,再将步骤二中1.5mL两亲性硅烷化试剂溶于40mL乙醇,然后加入到三口烧瓶中,室温搅拌12h,机械搅拌转速为450r/min。
步骤五、通过外加磁场,将步骤四中的两亲性磁性纳米粒子分离出来;乙醇和超纯水洗至中性,50℃下真空干燥7h,即得新型硅烷化试剂修饰的两亲磁性纳米粒子。
将各实施例3制得的两亲性磁性纳米粒子进行吸附性能检测,具体如下:
(1)两亲性磁性纳米粒子10mg分别加入到10mL浓度为200mg/L的DBP和DOP水溶液中,室温下振荡60min后,通过外加磁场分离出上清液;之后向含有剩余固体的烧杯中加入5mL丙酮,室温下振荡15min进行解吸附,通过外加磁场将解吸附后的溶液分离出来。
(2)用气相-质谱联用仪测定(1)中所得解吸附溶液中DBP和DOP的浓度,再计算出两亲性磁性纳米粒子对DBP和DOP的吸附量;
所测得的解吸附溶液中DBP的浓度为34.7mg/L,DOP的浓度为57.5mg/L所述的两亲性磁性纳米粒子对DBP或DOP吸附量的计算公式为:
式中C解吸为上述解吸附溶液中DBP或DOP的浓度;
通过计算,两亲性磁性纳米粒子对DBP和DOP的吸附量分别为104.1mg/g和172.5mg/g。
实施例4
一种新型硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子的制备方法,可按如下步骤制备:
步骤一、将1.38mL 3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷(GPS)、1.12mL有机胺和58μLSnCl4加入三口烧瓶中,在50℃下回流10h,反应结束后,用二氯甲烷萃取回流产物,即得到待纯化的两亲性硅烷化试剂。
步骤二、将步骤一中待纯化的两亲性硅烷化试剂通过硅胶色谱法纯化,使用体积比为1:5~10:1的石油醚与乙酸乙酯的混合溶液作为流动相,即得到纯化后的两亲性硅烷化试剂。
步骤三、将1.38g氯化铁、3.70g乙酸钠和40mL乙二醇置于50mL反应釜中,在200℃反应9h,乙醇和超纯水洗至中性,在70℃及0.09MPa的压力下真空干燥7h,即得到裸磁球。
步骤四、将200mg步骤三中的裸磁球、100mL体积比为2:3的乙醇-水溶液、4.0mL质量分数为24%的氨水加入三口烧瓶中,超声处理15min,室温搅拌2h,再将步骤二中1.5mL两亲性硅烷化试剂溶于45mL乙醇,然后加入到三口烧瓶中,室温搅拌10h,机械搅拌转速为500r/min。
步骤五、通过外加磁场,将步骤四中的两亲性磁性纳米粒子分离出来;乙醇和超纯水洗至中性,60℃下真空干燥6h,即得新型硅烷化试剂修饰的两亲磁性纳米粒子。
将各实施例4制得的两亲性磁性纳米粒子进行吸附性能检测,具体如下:
(1)两亲性磁性纳米粒子10mg分别加入到10mL浓度为200mg/L的DBP和DOP水溶液中,室温下振荡60min后,通过外加磁场分离出上清液;之后向含有剩余固体的烧杯中加入5mL丙酮,室温下振荡15min进行解吸附,通过外加磁场将解吸附后的溶液分离出来。
(2)用气相-质谱联用仪测定(1)中所得解吸附溶液中DBP和DOP的浓度,再计算出两亲性磁性纳米粒子对DBP和DOP的吸附量;
所测得的解吸附溶液中DBP的浓度为35.1mg/L,DOP的浓度为58.2mg/L所述的两亲性磁性纳米粒子对DBP或DOP吸附量的计算公式为:
式中C解吸为上述解吸附溶液中DBP或DOP的浓度;
通过计算,两亲性磁性纳米粒子对DBP和DOP的吸附量分别为105.3mg/g和174.6mg/g。
图4展示了硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子的等温吸附曲线,随着DOP和DBP初始浓度的增加,吸附量逐渐增加,在200mg L-1的浓度下达到吸附平衡,对DOP和DBP的吸附量分别可达174mg/g和105mg/g。同时,如图5所示,该硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子吸附PAEs后,在外加磁场的作用下,数秒内即可实现固液分离,实现水环境中PAEs的高效富集和去除。
本发明根据目标物PAEs的化学结构,通过环氧开环反应合成了六种新型两亲性硅烷化试剂,再通过溶胶-凝胶聚合将含有亲水性和疏水性微区的新型两亲性硅烷化试剂修饰到磁性纳米粒子的表面,制备了与PAEs具有相似官能团的新型两亲性磁性吸附材料。磁性吸附材料表面的疏水微区通过疏水作用力和π-π相互作用吸附目标分子PAEs,而其表面的亲水微区则通过提高材料在环境水中的分散性,从而促进目标分子PAEs与吸附材料之间的扩散。此表面修饰过程温和可控、简单易调节,且磁性吸附材料吸附目标分子PAEs后,在外部磁场下,几秒钟内即可分离,极大提高了其在水环境中富集去除PAEs的实用性。
以上内容仅为说明本发明的技术思想,不能以此限定本发明的保护范围,凡是按照本发明提出的技术思想,在技术方案基础上所做的任何改动,均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:通过环氧开环反应合成两亲性硅烷化试剂:
按照(1.36~1.38)mL:(0.004~0.006)mol:(55~60)μL的用量比取3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、有机胺和催化剂,在50~60℃下回流反应8~12h,萃取回流产物,得到两亲性硅烷化试剂;
步骤二:通过溶剂热法合成Fe3O4纳米粒子:
按照(1.30~1.40)g:(3.50~3.70)g:(30~40)mL的用量比取氯化铁、乙酸钠和乙二醇,在180~220℃下反应8~10h,将反应产物洗涤、干燥,得到Fe3O4纳米粒子;
步骤三:通过溶胶-凝胶反应制备两亲性磁性纳米粒子:
按(190~210)g:(80~100)mL:(4.0~5.0)mL:(1.0~1.5)mL:(40~50)mL的用量比取Fe3O4纳米粒子、乙醇-水溶液、氨水、两亲性硅烷化试剂和乙醇;先将Fe3O4纳米粒子、乙醇-水溶液和氨水进行超声处理,然后在室温下搅拌1~2h,得到混合体系;再将两亲性硅烷化试剂溶于乙醇中,然后加入到上述混合体系中,室温搅拌8~12h,制得两亲性磁性纳米粒子;
步骤四:两亲性磁性纳米粒子的后处理:通过外加磁场,将步骤三制得的两亲性磁性纳米粒子分离出来;洗脱、干燥,制得硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子的制备方法,其特征在于,步骤一中,所述有机胺为正丁胺、正辛胺、二正丁胺、二正辛胺、正丁基苯胺和正辛基苯胺;所述催化剂为SnCl4。
3.根据权利要求1所述的硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子的制备方法,其特征在于,步骤二中,将反应产物洗涤、干燥是采用乙醇和超纯水将反应产物洗涤至中性,然后在50~60℃及0.06-0.09MPa的压力下真空干燥5-8h。
4.根据权利要求1所述的硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子的制备方法,其特征在于,步骤三中,乙醇-水溶液中乙醇与水的体积比为1:1-1:3,氨水的质量分数为24%。
5.根据权利要求1所述的硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子的制备方法,其特征在于,步骤三中,超声处理时间为10~15min,机械搅拌转速为400~500r/min。
6.根据权利要求1所述的硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子的制备方法,其特征在于,步骤四中,采用乙醇和超纯水进行洗脱,真空干燥,干燥温度为50~60℃,干燥时间为5~8h。
7.根据权利要求1~6中任意一项所述的硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子的制备方法,其特征在于,在进行步骤二前,还包括对步骤一制得的两亲性硅烷化试剂进行纯化的操作:
将步骤一中制得的两亲性硅烷化试剂通过硅胶色谱法纯化,采用体积比为(1:5~10:1)的乙酸乙酯和石油醚的混合溶液作为流动相,得到纯化后的两亲性硅烷化试剂。
8.采用权利要求1~7中任意一项所述的制备方法制得的硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子,其特征在于,该硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子能够吸附邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸二辛酯,吸附量分别为95~105mg/g和162~175mg/g。
9.根据权利要求8所述的硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子,其特征在于,该硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子的粒径为240~260nm,硅烷化层厚约为5nm。
10.权利要求8或9所述的硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子作为吸附剂的应用,其特征在于,该硅烷化试剂修饰的两亲性磁性纳米粒子能够快速实现对环境水样中邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸二辛酯的高选择性去除和富集。
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CN115430410A (zh) * | 2022-08-22 | 2022-12-06 | 四川大学华西医院 | 一种由苯胺化修饰的磁珠复合物及其制备方法与应用 |
CN116371466A (zh) * | 2023-02-28 | 2023-07-04 | 西安交通大学 | 一种分子印迹聚合物修饰的磁性固定化色氨酸催化剂及其制备方法和应用 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107999019A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-05-08 | 西安交通大学 | 一种两亲性磁性纳米球及其制备方法和吸附应用 |
WO2019192876A1 (de) * | 2018-04-03 | 2019-10-10 | Evonik Degussa Gmbh | Siloxane zur behandlung von textilien und zur verwendung in reinigungs- und pflegeformulierungen |
-
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- 2020-08-12 CN CN202010807851.2A patent/CN112007614A/zh active Pending
Patent Citations (2)
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---|---|---|---|---|
CN107999019A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-05-08 | 西安交通大学 | 一种两亲性磁性纳米球及其制备方法和吸附应用 |
WO2019192876A1 (de) * | 2018-04-03 | 2019-10-10 | Evonik Degussa Gmbh | Siloxane zur behandlung von textilien und zur verwendung in reinigungs- und pflegeformulierungen |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115430410A (zh) * | 2022-08-22 | 2022-12-06 | 四川大学华西医院 | 一种由苯胺化修饰的磁珠复合物及其制备方法与应用 |
CN116371466A (zh) * | 2023-02-28 | 2023-07-04 | 西安交通大学 | 一种分子印迹聚合物修饰的磁性固定化色氨酸催化剂及其制备方法和应用 |
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