CN112588275A - 一种Chelex 100-四氧化三铁纳米磁珠的制备方法 - Google Patents

一种Chelex 100-四氧化三铁纳米磁珠的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种Chelex 100‑四氧化三铁纳米磁珠的制备方法，包括以下步骤：（1）通过共沉淀法制备Fe3O4纳米磁珠；（2）纳米磁珠表面进行氨基修饰；（3）制备Chelex 100‑四氧化三铁纳米磁珠。本发明所述的一种Chelex 100‑四氧化三铁纳米磁珠的制备方法，该方法制备的纳米磁珠不仅具有高比表面积和强磁性，还具有Chelex 100树脂高专一性的金属离子吸附特性，能够快速高效除去废水中的重金属离子，并可多次重复利用，是一种优良的绿色环保型吸附剂。

Description

一种Chelex 100-四氧化三铁纳米磁珠的制备方法
技术领域
本发明属于纳米磁珠领域，具体涉及一种Chelex 100-四氧化三铁纳米磁珠的制备方法。
背景技术
磁性纳米材料是一种新型磁性材料，在现代社会中有着广泛的应用，它不仅具有纳米材料的优良特性，同时还具有超顺磁性，高磁化率等特性。Fe3O4纳米磁珠由于其稳定性高、制备简单、超顺磁性、表面易于修饰和生物相容性好等特点，成为目前应用最广泛的纳米磁性材料之一。
重金属因其特殊的化学、地球化学性质及毒性效应，被称为环境中具有潜在危害的重要污染物，具有高度危害性和难治理性。国内通常采用的重金属废水处理方法，包括石灰中合法和硫化法等。这些传统的处理工艺，虽然可以将废水中的重金属除掉，但是处理效果并不稳定，处理后回收的清水水质仍难以确保稳定达标排放，而且还会产生二次污染。吸附法也常被用于水体中重金属离子的净化，是利用吸附剂将废水中的重金属离子除去的方法，具有快速高效、成本低、无二次污染等优点，而吸附剂是吸附法去除重金属离子的关键材料，因此制备性能优异的吸附剂有利于提高重金属离子的净化效果。
Chelex 100是一种由苯乙烯、二乙烯苯共聚体组成的化学螯合树脂，由于Chelex100树脂具有羧基基团，因此将其归为弱阳离子交换介质，但与此类交换介质的不同之处在于，Chelex 100树脂具有高专一性的金属离子选择特性，以及异常高的键强度。Chelex 100树脂其对二价与一价离子的选择性大约为5000：1，即使在高浓度盐溶液中，它也对过渡金属具有很强的亲和力。同时，根据PH≥6.5时重金属吸附于树脂，PH＜1.0时，重金属不吸附于树脂这一特性，Chelex-100树脂可以在废水中选择性的吸附重金属离子，再利用稀硝酸溶液将重金属离子从树脂上洗下，实现废水净化和吸附剂可再生利用，而磁性纳米材料具有易回收，表面易于修饰的特性，有利于Chelex-100树脂的重复利用与重金属污染物的集中处理。鉴于此，有必要提出一种Chelex 100-四氧化三铁纳米磁珠的制备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Chelex 100-四氧化三铁纳米磁珠的制备方法，该方法能显著改善纳米磁珠的分散性，同时还能保证较好的磁性。
为了实现上述目的，采用的技术方案是：
一种Chelex 100-四氧化三铁纳米磁珠的制备方法，包括以下步骤。
(一) 共沉淀法制备四氧化三铁纳米磁珠
将Fe2+的铁盐和Fe3+的铁盐溶解于水中，得到铁盐溶液；所述铁盐中Fe2+
和Fe3+的摩尔比为1：1.2~2.2；通入氮气，调整溶液温度至60~70℃，先超声震荡5~10min，后加入过量NaOH搅拌25~35min，外加磁场静置分层，得到四氧化三铁沉淀，相继用纯化水和无水乙醇洗涤2~3次，-20℃冷冻干燥48h，得到Fe3O4纳米磁珠。
(二) 纳米磁珠的表面修饰
取0.5g Fe3O4纳米磁珠加入到50mL无水乙醇中，超声震荡5~10min，
使磁珠分散均匀，然后加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）溶液，室温搅拌6~12h，磁分离后得到硅烷化Fe3O4纳米磁珠。相继用无水乙醇和PBS溶液洗涤2~3次，后用PBS溶液重悬，加入戊二醛，室温震荡交联2~3h，磁分离后弃上清，得到氨基化修饰的Fe3O4纳米磁珠。
(三) 制备Chelex 100-四氧化三铁纳米磁珠
将上述氨基化修饰的Fe3O4纳米磁珠加入到Chelex100溶液中，两者质
量比为1：1~5，室温下震荡固定2~3h，磁分离后，相继用纯化水和PBS溶液洗涤2~3次，最后用PBS溶液重悬，得到Chelex 100-四氧化三铁纳米磁珠。
进一步的，所述步骤（1）中Fe2+的铁盐为FeSO4*7H2O，Fe3+的铁盐为FeCl3*6H2O。
进一步的，所述步骤（2）中硅烷化试剂为APTES。
与现有技术相比，有益效果在于：
1. 本发明所述的一种Chelex 100-四氧化三铁纳米磁珠的制备方法，
该方法克服了纳米磁珠易氧化、易团聚的缺点，提高了其生物相容性；
2.一种Chelex 100-四氧化三铁纳米磁珠的制备方法，该方法对该微
球既能保留磁性粒子的优良特性，同时又可拥有Chelex 100树脂高专一性的金属离子选择特性，从而拓宽了纳米磁珠的应用范围。
附图说明
图1为不同吸附剂对铅离子的吸附率。
图2为Chelex 100-四氧化三铁纳米磁珠回收次数对铅离子吸附的影响。
具体实施方式
通过以下详细说明结合附图可以进一步理解本发明的特点和优点。所提供的实施例仅是对本发明方法的说明，而不以任何方式限制本发明揭示的其余内容。
实施例1 共沉淀法制备四氧化三铁纳米磁珠
将Fe2+的铁盐和Fe3+的铁盐溶解于水中，得到铁盐溶液；所述铁盐中Fe2+
和Fe3+的摩尔比为1：1.2~2.2；通入氮气，调整溶液温度至60~70℃，先超声震荡5~10min，后加入过量NaOH搅拌25~35min，外加磁场静置分层，得到四氧化三铁沉淀，相继用纯化水和无水乙醇洗涤2~3次，-20℃冷冻干燥48h，得到Fe3O4纳米磁珠。
实施例2 纳米磁珠的表面修饰
取0.5g Fe3O4纳米磁珠加入到50mL无水乙醇中，超声震荡5~10min，
使磁珠分散均匀，然后加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）溶液，室温搅拌6~12h，磁分离后得到硅烷化Fe3O4纳米磁珠。相继用无水乙醇和PBS溶液洗涤2~3次，后用PBS溶液重悬，加入戊二醛，室温震荡交联2~3h，磁分离后弃上清，得到氨基化修饰的Fe3O4纳米磁珠。
实施例3 制备Chelex 100-四氧化三铁纳米磁珠
将上述氨基化修饰的Fe3O4纳米磁珠加入到Chelex100溶液中，两者质
量比为1：1~5，室温下震荡固定2~3h，磁分离后，相继用纯化水和PBS溶液洗涤2~3次，最后用PBS溶液重悬，得到Chelex 100-四氧化三铁纳米磁珠。
应用例1 Chelex 100-四氧化三铁纳米磁珠吸附性能研究
分别称取0.25g Fe3O4纳米磁珠，Chelex 100和Chelex 100-四氧化三铁纳米磁珠加入到25 mL硝酸铅溶液（ρ0=5 mg/L）中，在不同时刻取悬浮液用0.25µm水性滤膜过滤得到澄清溶液，澄清溶液硝酸铅的质量浓度记作ρt。采用火焰原子吸收法测定不同时刻溶液中铅离子的质量浓度，则不同吸附剂对铅离子的吸附率ƒ=[(ρ0-ρt)/ ρ0]×100%。从图1中可以看到制备的四氧化三铁对铅离子的吸附较慢，140 min才能达到90%以上；而Chelex 100和Chelex 100-四氧化三铁纳米磁珠对铅离子的吸附较快，20 min即达到吸附平衡，说明四氧化三铁纳米磁珠与Chelex 100偶联并不影响Chelex 100对重金属离子特异的吸附性能。
应用例2 Chelex 100-四氧化三铁纳米磁珠可重复性研究
Fe3O4纳米磁珠具有磁性，因此当Chelex 100-四氧化三铁纳米磁珠吸收完Pb2+后，可以通过加入外磁场对其进行回收，从而降低吸附剂的回收成本。回收的纳米磁珠用稀硝酸溶液将重金属离子从树脂上洗下，依次用质量浓度为1%氨水、无水乙醇及纯化水反复洗涤沉淀物数次至洗涤液为中性，上述操作记为回收一次，回收次数用N表示，用该回收的磁珠再次进行吸附性能研究，记录不同回收次数磁珠在不同时间对铅离子的吸附率。从图2中可以看出Chelex 100-四氧化三铁纳米磁珠回收10次也不影响其吸附性能。

Claims (7)

1.一种Chelex 100-四氧化三铁纳米磁珠的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
共沉淀法制备Fe3O4纳米磁珠
将Fe2+的铁盐和Fe3+的铁盐溶解于水中，得到铁盐溶液；所述铁盐中Fe2+和Fe3+的摩尔比为1：1.2~2.2；通入氮气，调整溶液温度至60~70℃，先超声震荡5~10min，后加入过量NaOH搅拌25~35min，外加磁场静置分层，得到四氧化三铁沉淀，相继用纯化水和无水乙醇洗涤2~3次，-20℃冷冻干燥48h，得到Fe3O4纳米磁珠。
2.纳米磁珠表面进行氨基修饰
取0.5g Fe3O4纳米磁珠加入到50mL无水乙醇中，超声震荡5~10min，
使磁珠分散均匀，然后加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）溶液，室温搅拌6~12h，磁分离后得到硅烷化Fe3O4纳米磁珠。
3.相继用无水乙醇和PBS溶液洗涤2~3次，后用PBS溶液重悬，加入戊二醛，室温震荡交联2~3h，磁分离后弃上清，得到氨基化修饰的Fe3O4纳米磁珠。
4.制备Chelex 100-四氧化三铁纳米磁珠
将上述氨基化修饰的Fe3O4纳米磁珠加入到Chelex100溶液中，两者
质量比为1：1~5，室温下震荡固定2~3h，磁分离后，相继用纯化水和PBS溶液洗涤2~3次，最后用PBS溶液重悬，得到Chelex 100-四氧化三铁纳米磁珠。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，其中，
所述步骤（1）中Fe2+的铁盐为FeSO4*7H2O，Fe3+的铁盐为FeCl3*6H2O。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，其中，
所述步骤（2）中硅烷化试剂为APTES。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，其中，
所述步骤（3）中Fe3O4纳米磁珠与Chelex100质量比为1：1~5。
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CN113145180A (zh) * 2021-05-17 2021-07-23 暨南大学 一种磁性离子交换树脂马达的制备方法及其产品和应用

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