磁性介孔二氧化硅表面印跡聚合物吸附材料及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了磁性介孔二氧化硅表面印跡聚合物吸附材料及其制備方法。首先，采用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)磁性介孔二氧化硅進(jìn)行改性，然后接枝引發(fā)劑，最后通過表面印跡技術(shù)和電子活化再生原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(AGET?ATRP)制備表面印跡吸附材料。本發(fā)明專利技術(shù)制備的吸附材料對(duì)稀土離子的吸附速度快，選擇吸附性強(qiáng)，而且容易分離回收，可應(yīng)用于稀土離子的吸附與分離。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種磁性介孔二氧化硅表面印跡聚合物吸附材料及其制備方法，屬于功能材料領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
稀土具有獨(dú)特的電學(xué)、磁學(xué)、超導(dǎo)等多種性能，廣泛應(yīng)用于電子通訊、冶金、石油化工等領(lǐng)域。隨著高新技術(shù)的發(fā)展，全球?qū)ο⊥恋男枨罅恐鹉赀f增。由于稀土元素的原子結(jié)構(gòu)相似、物理化學(xué)性質(zhì)接近，使得它們經(jīng)常緊密結(jié)合并共生于相同礦物中，導(dǎo)致稀土元素彼此間的分離十分困難。因此，研究探索稀土元素的分離提純方法對(duì)于我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與科學(xué)技術(shù)水平的提升具有重大意義。當(dāng)前稀土元素的分離方法主要有溶劑萃取法、離子交換法、膜分離法、吸附分離法等。吸附法具有操作簡單，投資費(fèi)用少，無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有效的分離方法之一。由于多種共存離子的存在，普通吸附材料對(duì)目標(biāo)離子的選擇吸附能力較差，而采用離子印跡技術(shù)制備的聚合物萃取材料對(duì)模板離子的吸附通常具有較高的選擇性和較強(qiáng)的識(shí)別特性，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定目標(biāo)離子的分離和富集。制備離子印跡聚合物的方法有本體聚合、懸浮聚合、乳液聚合和表面印跡法等。表面印跡技術(shù)是制備離子印跡聚合物的新技術(shù)。由于在基體表面發(fā)生聚合反應(yīng)，形成的活性位點(diǎn)均位于材料表面，因此對(duì)模板離子表現(xiàn)出較快的吸附速度，且選擇性識(shí)別能力較強(qiáng)。當(dāng)吸附飽和后，又很容易將模板離子從基體表面洗脫出來，再生性能好。目前常用的表面印跡基體材料有硅基納米材料、鈦基納米材料等。由于納米材料易團(tuán)聚，不易回收，容易造成二次污染，使其用作吸附材料受到限制。近年來，磁性納米材料發(fā)展迅速，并廣泛應(yīng)用于吸附分離等領(lǐng)域。在外加磁場的作用下，能夠快速實(shí)現(xiàn)磁性吸附材料的固液分離，而且傳質(zhì)速率快、接觸效率高，因而在很大程度上可以解決傳統(tǒng)吸附材料所面臨的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
技術(shù)問題：本專利技術(shù)的目的是提供一種磁性介孔二氧化硅表面印跡聚合物吸附材料及其制備方法。本專利技術(shù)采用磁性介孔二氧化硅作為載體材料，通過表面印跡技術(shù)和電子活化再生原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(AGETATRP)制備的吸附材料吸附速度快、吸附量高、選擇吸附性強(qiáng)，而且吸附材料容易分離回收。技術(shù)方案：本專利技術(shù)的一種磁性介孔二氧化硅表面印跡聚合物吸附材料，是將磁性介孔二氧化硅作為表面印跡的載體材料，選用稀土離子作為模板離子，通過表面印跡技術(shù)和電子活化再生原子轉(zhuǎn)移自由基聚合制備而成。這種吸附材料的制備方法包含如下步驟：(1)磁性介孔二氧化硅的改性：將2.5g磁性介孔二氧化硅分散在50mL無水甲苯中，然后加入5～20mL硅烷偶聯(lián)劑(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷，在110℃條件下反應(yīng)6～24h，最后分別用甲苯和乙醇洗滌并真空干燥后得到偶聯(lián)劑改性的磁性介孔二氧化硅；(2)磁性介孔二氧化硅表面引發(fā)劑的接枝：將2g偶聯(lián)劑改性的磁性介孔二氧化硅加入三頸燒瓶中，然后加入5mL三乙胺和50mL二氯甲烷的混合物，在0℃條件下將5mLα-溴異丁酰溴和30mL二氯甲烷的混合物緩慢加入三頸燒瓶中，在25℃條件下繼續(xù)反應(yīng)24h，然后分別用二氯甲烷和水洗滌并真空干燥后得到接枝引發(fā)劑的磁性介孔二氧化硅；(3)磁性介孔二氧化硅表面印跡聚合物吸附材料的制備：將催化劑和配體在30～150mL溶劑中溶解之后加入三頸燒瓶，然后加入單體和金屬鹽，通氮?dú)獠嚢?0～60min，然后加入交聯(lián)劑、還原劑和1.5g接枝引發(fā)劑的磁性介孔二氧化硅，室溫?cái)嚢?0min后，在25～60℃條件下反應(yīng)6～48h。最后采用0.1～2.0mol/L鹽酸去除模板離子并真空干燥后得到磁性介孔二氧化硅表面印跡聚合物吸附材料；其中金屬鹽、單體、交聯(lián)劑、催化劑、還原劑和配體的摩爾比為15～300∶50～500∶10～500∶0.5～1∶0.4～0.8∶1。磁性介孔二氧化硅的內(nèi)核是磁性顆粒四氧化三鐵，外殼包覆層是介孔二氧化硅；磁性顆粒四氧化三鐵的制備：取100mL蒸餾水加入三頸燒瓶，通氮?dú)?0min，然后加入4.3g六水氯化鐵和1.7g四水氯化亞鐵，升溫到70℃后加入10mL氨水，恒溫?cái)嚢?0min后加入0.8mL油酸，繼續(xù)恒溫反應(yīng)3h，獲得四氧化三鐵的分散液，離心后得到磁性顆粒四氧化三鐵；磁性介孔二氧化硅的制備：將3.0g磁性顆粒四氧化三鐵分散在500mL去離子水中并超聲處理30min，然后加入3.0～15g十六烷基三甲基溴化銨，超聲處理60min后加入50～200mL氨水，攪拌并加熱至40℃，最后緩慢滴加30～200mL正硅酸乙酯，攪拌反應(yīng)0.5～6h后將產(chǎn)物水洗并干燥后得到磁性介孔二氧化硅。其中，單體是甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸-2-羥基異丙酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N，N’-二甲基丙烯酰胺、N-羥甲基丙烯酰胺中的一種。交聯(lián)劑是乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、二乙二醇二丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、1，3-丁二醇二丙烯酸酯、1，3-丁二醇二甲基丙烯酸酯、1，4-丁二醇二丙烯酸酯、1，4-丁二醇二甲基丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺中的一種。還原劑是抗壞血酸、葡萄糖、甲氧基苯酚、辛酸亞錫、2-乙基己酸亞錫中的一種。配體是2，2’-聯(lián)吡啶、1，1，4，7，10，10-六甲基三乙烯四胺、五甲基二乙烯三胺、4，4’-聯(lián)吡啶中的一種。催化劑是溴化銅、氯化銅中的一種。溶劑是乙醇、水、二甲基亞砜或者二氯甲烷中的一種。金屬鹽是硝酸鹽、氯化物中的一種；金屬離子為鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、鈧、釔中的一種。有益效果：本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：1.本專利技術(shù)制備的磁性介孔二氧化硅表面印跡聚合物吸附材料用于分離稀土離子時(shí)，易于固液分離，具有成本低、容易分離回收等優(yōu)點(diǎn)。2.本專利技術(shù)采用AGETATRP方法制備表面印跡吸附材料，這種方法容易工業(yè)化生產(chǎn)，而且產(chǎn)率高，為開發(fā)稀土離子吸附材料提供了新途徑。3.本專利技術(shù)通過表面印跡技術(shù)制備的吸附材料，不但對(duì)稀土離子的吸附速度快，選擇吸附性強(qiáng)，而且再生性能好。具體實(shí)施方式以下通過實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)做進(jìn)一步說明，但不限于此。實(shí)施例1取100mL蒸餾水加入三頸燒瓶，通氮?dú)?0min，然后加入4.3g六水氯化鐵和1.7g四水氯化亞鐵，升溫到70℃，加入10mL氨水，恒溫?cái)嚢?0min后加入0.8mL油酸，繼續(xù)恒溫反應(yīng)3h，獲得四氧化三鐵的分散液，離心后得到磁性顆粒四氧化三鐵。將3.0g磁性顆粒四氧化三鐵分散在500mL去離子水中并超聲處理30min，然后加入5g十六烷基三甲基溴化銨，超聲處理60min后加入100mL氨水，攪拌并加熱至40℃，最后緩慢滴加100mL正硅酸乙酯，攪拌反應(yīng)2h后將產(chǎn)物水洗并干燥后得到磁性介孔二氧化硅。將2.5g磁性介孔二氧化硅分散在50mL無水甲苯中，然后加入10mL硅烷偶聯(lián)劑(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷，在110℃條件下反應(yīng)6h，然后分別用甲苯和乙醇洗滌并真空干燥后得到偶聯(lián)劑改性的磁性介孔二氧化硅。將2g經(jīng)過偶聯(lián)劑改性的磁性介孔二氧化硅加入三頸燒瓶中，然后加入5mL三乙胺和50mL二氯甲烷的混合物，在0℃條件下將5mLα-溴異丁酰溴和30mL二氯甲烷的混合物緩慢加入三頸燒瓶中，在25℃條件下繼續(xù)反應(yīng)24h，然后分別用二氯甲烷和水洗滌并真空干燥后得到接枝引發(fā)劑的磁性介孔二氧化硅。將0.002mol溴化銅和0.002mol本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
磁性介孔二氧化硅表面印跡聚合物吸附材料，其特征在于，將磁性介孔二氧化硅作為表面印跡的載體材料，選用稀土離子作為模板離子，通過表面印跡技術(shù)和電子活化再生原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(AGET?ATRP)制備而成。

【技術(shù)特征摘要】
1.磁性介孔二氧化硅表面印跡聚合物吸附材料，其特征在于，將磁性介孔二氧化硅作為表面印跡的載體材料，選用稀土離子作為模板離子，通過表面印跡技術(shù)和電子活化再生原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(AGETATRP)制備而成。2.磁性介孔二氧化硅表面印跡聚合物吸附材料的制備方法，其特征在于，該制備方法包含如下步驟：(1)磁性介孔二氧化硅的改性：將2.5g磁性介孔二氧化硅分散在50mL無水甲苯中，然后加入5～20mL硅烷偶聯(lián)劑(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷，在110℃條件下反應(yīng)6～24h，最后分別用甲苯和乙醇洗滌并真空干燥后得到偶聯(lián)劑改性的磁性介孔二氧化硅；(2)磁性介孔二氧化硅表面引發(fā)劑的接枝：將2g偶聯(lián)劑改性的磁性介孔二氧化硅加入三頸燒瓶中，然后加入5mL三乙胺和50mL二氯甲烷的混合物，在0℃條件下將5mLα-溴異丁酰溴和30mL二氯甲烷的混合物緩慢加入三頸燒瓶中，在25℃條件下繼續(xù)反應(yīng)24h，然后分別用二氯甲烷和水洗滌并真空干燥后得到接枝引發(fā)劑的磁性介孔二氧化硅；(3)磁性介孔二氧化硅表面印跡聚合物吸附材料的制備：將催化劑和配體在30～150mL溶劑中溶解之后加入三頸燒瓶，然后加入單體和金屬鹽，通氮?dú)獠嚢?0～60min，然后加入交聯(lián)劑、還原劑和1.5g接枝引發(fā)劑的磁性介孔二氧化硅，室溫?cái)嚢?0min后，在25～60℃條件下反應(yīng)6～48h。最后采用0.1～2.0mol/L鹽酸去除模板離子并真空干燥后得到磁性介孔二氧化硅表面印跡聚合物吸附材料；其中金屬鹽、單體、交聯(lián)劑、催化劑、還原劑和配體的摩爾比為15～300∶50～500∶10～500∶0.5～1∶0.4～0.8∶1。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種磁性介孔二氧化硅表面印跡聚合物吸附材料的制備方法，其特征在于，磁性介孔二氧化硅的內(nèi)核是磁性顆粒四氧化三鐵，外殼包覆層是介孔二氧化硅；磁性顆粒四氧化三鐵的制備：取100mL蒸餾水加入三頸燒瓶，通氮?dú)?0min，然后加入4.3g六水氯化鐵和1.7g四水氯化亞鐵，升溫到70℃后加入10...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王靜靜，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：鹽城工學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32