技術領域

本發(fā)明涉及一種鐵磁性離子交換材料及其制備方法，屬于新型復合材料技術領域。

背景技術

磁性納米材料作為一種新興的功能材料，越來越引起人們的注意。磁性Fe₃O₄納米材料作為磁性納米材料的一種，由于具有良好的磁性和表面活性，在生物、醫(yī)學、催化、分離、環(huán)境保護、污水處理等領域有著廣泛的應用。

雖然磁性納米零價鐵、四氧化三鐵已達到納米尺寸，但通常其粒徑分布較寬，而且表面裸露，化學性質活潑，在空氣中極易氧化，又由于磁性吸引和范德華力的作用，極易發(fā)生團聚及聚沉現(xiàn)象，使磁性材料失去單疇磁極、可分散性或者失去納米材料特有的性質。所以，對其進行表面包覆改性，以改善粒子的分散性與穩(wěn)定性，并使之得到更廣泛的應用顯得尤為重要。

離子交換材料是一種高效的離子交換吸附材料，被科技界、產業(yè)界稱之為二十一世紀的功能材料，是一類新型環(huán)境意識材料。在廢水處理、環(huán)境保護、重金屬離子去除、濕法冶金、生物醫(yī)學工程、電子工業(yè)，尤其是治理廢氣、廢水和分離純化、回收物質再資源化等方面有著顯著的效果。但是使用后材料的分離回收較困難。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服上述不足而提供一種鐵磁性離子交換材料及其制備方法，可將鐵磁性粒子的磁性與陽離子交換材料的分離特性相結合，使兩者協(xié)同增效，制備出納米級鐵磁性陽離子交換材料。

本發(fā)明采取的技術方案為：

一種鐵磁性離子交換材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)在惰性氣體保護下向氯化鐵溶液的油包水微乳液中緩慢加入強還原劑并強力攪拌反應至沉淀完全，洗滌沉淀得到納米零價鐵磁性粒子；或者在惰性氣體保護下向氯化亞鐵溶液與三氯化鐵溶液的混合溶液中緩慢加入氨水并強力攪拌反應至沉淀完全，洗滌沉淀得到納米級四氧化三鐵磁性粒子；

(2)將步驟(1)得到的納米零價鐵磁性粒子或納米級四氧化三鐵磁性粒子加入乙醇、去離子水和硅烷偶聯(lián)劑，在惰性氣體保護下攪拌反應1-4小時，分離得硅烷偶聯(lián)劑修飾的納米鐵磁性粒子；

(3)向硅烷偶聯(lián)劑修飾的納米鐵磁性粒子中加入Na₂SiO₃溶液，在惰性氣體保護下邊攪拌邊加熱至50-80℃，然后邊攪拌邊滴加鹽酸溶液至pH＝7±1，分離得SiO₂包裹改性納米鐵磁性粒子；

(4)向SiO₂包裹改性納米鐵磁性粒子中加入ClCH₂COOH溶液與Na₂CO₃溶液，在惰性氣體保護下50～60℃的溫度下攪拌反應1-4小時，分離得鐵磁性離子交換材料。

上述步驟(1)中所述的氯化鐵溶液的油包水微乳液是由氯化鐵溶液與異辛醇、表面活性劑組成，氯化鐵溶液與異辛醇的體積比為1∶5-7，表面活性劑的用量為異辛醇質量的20-30％，氯化鐵溶液濃度為0.1-0.3mol/L；所述的強還原劑為硼氫化鈉、硼氫化鉀等，強還原劑與氯化鐵的物質的量之比為3∶1。

步驟(1)中所述的氯化亞鐵溶液與三氯化鐵溶液混合物中氯化亞鐵與三氯化鐵兩者物質的量之比為1∶1.1，氯化亞鐵溶液或三氯化鐵溶液濃度為0.1-0.3mol/L；所述的氨水的濃度1.5-2.0mol/L，加入量是使混合溶液pH＝8后再繼續(xù)滴加10mL。所述的強力攪拌速度均為300-500rpm。

上述步驟(2)中所述的乙醇、去離子水、硅烷偶聯(lián)劑和步驟(1)得到的鐵磁性粒子體系中，乙醇與去離子水體積比為18∶1；硅烷偶聯(lián)劑的量占體系質量的2-4％；硅烷偶聯(lián)劑與步驟(1)得到的鐵磁性粒子的質量比例為8-10∶1；所述的硅烷偶聯(lián)劑為KH550。

上述步驟(3)中Na₂SiO₃溶液的濃度范圍0.1-0.2mol/L；每0.1克硅烷偶聯(lián)劑修飾的納米鐵磁性粒子用100mLNa₂SiO₃溶液；鹽酸溶液濃度范圍1-2mol/L。

上述步驟(4)中ClCH₂COOH溶液的濃度為0.1-0.2mol/L；Na₂CO₃溶液的濃度范圍0.1-0.2mol/L；每0.1克SiO₂包裹改性納米鐵磁性粒子用100m?L?ClCH₂COOH溶液和100m?L?Na₂CO₃溶液。