專利名稱:一種磁性的納米材料的制備方法及其應用的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及納米材料的制備方法及其應用,特別涉及碳包覆磁性金屬納米 材料的制備方法及其應用。
背景技術:
傳統(tǒng)的制備碳包覆磁性金屬納米材料是利用物理手段像氣相沉積法、電弧 放電技術、熱解法、離子束濺射法、電子束照射法、含金屬的炭凝膠爆炸法、 激光蒸發(fā)法、等離子體蒸發(fā)法等,這些方法使用的設備復雜、操作繁瑣、成本 高、制備溫度高、能耗大、反應劇烈且副產(chǎn)物多,因而難以實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
中國專利CN1951608A介紹了一種碳包覆磁性金屬納米材料的制備方法,該方 法是在惰性氣體保護及強堿條件下的還原路線,因此,反應條件苛刻;同時, 該方法未使用任何表面活性劑的輔助,所得磁性的納米材料沒有規(guī)則的表面形 貌。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的第1個技術問題是提供一種簡單的磁性納米材料的的制 備方法。
本發(fā)明所要解決的第2個技術問題是上述磁性納米材料的應用。
本發(fā)明解決的技術問題的技術方案為 一種磁性的納米材料的制備方法, 包括磁性金屬納米粒子制備過程、碳包覆過程, 所述的磁性金屬納米粒子制備過程為
將陰離子型表面活性劑,可溶性鎳鹽及強還原劑溶于蒸餾水中,在磁力攪 拌的情況下依次將N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和強堿緩慢加入上述溶液中,混合均勻后,升溫140 180°C,反應10-12小時,冷卻至室溫,用去離子水洗滌數(shù) 次,在真空干燥箱中50-60。C干燥至恒重,所得產(chǎn)物為磁性納米球。
可溶性鎳鹽與陰離子表面活性劑的摩爾比1: 0.15-0.3。
所述的陰離子表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉(SDBS),十二垸基硫酸鈉 (SDS)。
所述的可溶性鎳鹽為氯化鎳,硫酸鎳,醋酸鎳,其化學式分別為NiCl2, MS04, Ni(CH3COO)2。
所述的強還原劑為水合肼、次磷酸鈉、硼氫化鈉。
所述的碳包覆過程為
將所制成的磁性納米粒子超聲分散于重量濃度為10-15%葡萄糖溶液中,并
160-17(TC下反應3-4小時后,冷卻至室溫,用去離子水洗滌,在真空干燥箱中
50-60°C下干燥至恒重,即可。
本發(fā)明所制的磁性的納米材料在吸附工業(yè)廢水中重金屬離子方面的應用。 特別可以選擇性吸附含有Pb^、 Cu2+、 Cf+離子的重金屬溶液。 本發(fā)明通過陰離子表面活性劑來控制磁性納米顆粒形貌,得到尺寸均一的
納米球;陰離子表面活性劑黏附于納米球的表面,使溶液中的葡萄糖碳化成網(wǎng)
狀的結構;由于吸附劑是網(wǎng)狀碳包覆的磁性納米球核殼結構,具有很大的比表
面積;在使用過程中,由于納米材料中含有鎳,因此在吸附了重金屬后,通過
外加磁場,極易使納米材料與廢水進行分離。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比,反應條件溫和,所制的網(wǎng)狀碳包覆的磁性吸附劑,
具有選擇性吸附重金屬離子、比表面積較大,吸附能力強;易于從吸附后的溶
液中分離的特點。
圖1為實施例1所得納米材料的x-射線粉末衍射圖。
圖2為實施例1所得納米材料的能譜圖(EDS)
圖3為實施例1所得磁性金屬納米球的掃描電子顯微鏡(SEM)照片
圖4為實施例1所得納米材料的掃描電子顯微鏡(SEM)照片
圖5為實施例1所得納米材料的透射電子顯微鏡(TEM)照片。
圖6為實施例1的室溫磁滯回線,51為實施例1所得磁性金屬納米微球的
室溫磁滯回線、52為實施例1所得的納米材料的室溫磁滯回線。 圖7為實施例1所得納米材料的拉曼光譜圖。 圖8為實施例1所得納米材料的含Pb^溶液的吸附曲線 圖9為實施例1所得納米材料的含C^+溶液的吸附曲線 圖10為實施例1所得納米材料的含Cc^+溶液的吸附曲線
具體實施例方式
實施例1:
1、 磁性金屬納米粒子制備過程
將0.3mmo1的十二烷基硫酸鈉(SDS), 2mmo1氯化鎳及8mmo1的次磷酸鈉, 溶于15mL蒸餾水中,在磁力攪拌的情況下依次將5mL N,N-二甲基甲酰胺 (DMF)和25mmolKOH緩慢加入上述溶液中,將所得混合溶液倒入聚四氟乙 烯作為內(nèi)襯的不銹鋼高壓釜內(nèi),加熱到160'C反應10小時。反應結束后,將高 壓釜冷卻至室溫,用去離子水洗滌所得黑色產(chǎn)物數(shù)次,在真空干燥箱中5(TC干
燥,所得產(chǎn)物為金屬磁性納米球。
2、 碳包覆過程
將2g葡萄糖溶于20mL水中,加入20mg上述產(chǎn)物于此葡萄糖溶液中超聲 20分鐘,將其轉(zhuǎn)入不銹鋼高壓釜內(nèi),加熱到16(TC反應4小時。反應結束后,將高壓釜冷卻至室溫,用去離子水洗滌所得黑色產(chǎn)物數(shù)次,在真空干燥箱中50°C
干燥,即可。
用日本島津XRD-6000型X射線粉末衍射儀對實施實驗1的產(chǎn)物(Cu Ka射線, 入=0.154060nm,掃描速度0.027s)進行物相鑒定,如圖1中所示。對照JCPDS標 準卡片(04-0850),所有的衍射峰與面心立方相的磁性納米粒子Ni完全吻合。由 于衍射峰很強,說明產(chǎn)物有較好的結晶度。此外,圖1中角度為20°-30°的基線凸 起產(chǎn)生于結晶性差的碳。圖2元素分析顯示,制得產(chǎn)物中含有C、 Ni、 Cu和O元 素,其中元素Cu來自于支撐試樣的銅片。圖3和圖4分別顯示所得產(chǎn)物具有網(wǎng)狀 碳包覆磁性納米粒子的核殼結構。圖5證實此產(chǎn)物具有磁性,并且包碳前后飽和 磁化強度有變化。圖6顯示,在1387cm'1 (D帶)和1587cm" (G帶)處有兩個大 的峰,對應著碳原子spZ雜化的特征峰,進一步證明了反應產(chǎn)物中碳的存在。
實施例2:
1、 磁性金屬納米粒子制備過程
將0.3mmo1的十二烷基苯磺酸鈉(SDBS), 2mmo1醋酸鎳及8mmo1的次磷 酸鈉,溶于15mL蒸餾水中,在磁力攪拌的情況下依次將5mLN,N-二甲基甲酰 胺(DMF)和25mmolKOH緩慢加入上述溶液中,將所得混合溶液倒入聚四氟 乙烯作為內(nèi)襯的不銹鋼高壓釜內(nèi),加熱到16(TC反應10小時。反應結束后,將 高壓釜冷卻至室溫,用去離子水洗滌所得黑色產(chǎn)物數(shù)次,在真空干燥箱中50°C 干燥,所得產(chǎn)物為金屬磁性納米球。
2、 碳包覆過程
將2g葡萄糖溶于20mL水中,加入20mg上述產(chǎn)物于此葡萄糖溶液中超聲 20分鐘,將其轉(zhuǎn)入不銹鋼高壓釜內(nèi),加熱到16(TC反應4小時。反應結束后, 將高壓釜冷卻至室溫,用去離子水洗滌所得黑色產(chǎn)物數(shù)次,在真空干燥箱中50°C干燥,即可。 實施例3:
將20mg實施例1所得產(chǎn)物加入50毫升10mg/L的Pl^+離子溶液中,超聲 吸附30分鐘,原子吸收測量顯示Pl^+離子溶液的吸光度從吸附前的0.039下降 為0.005,即Pb"離子濃度由吸附前的10mg/L下降為1.42mg/L (圖8所示)。經(jīng) 計算,吸附劑在10mg/L的Pb^離子溶液中的吸附Pb"的能力為21.38mg/g。
實施例4:
將20mg實施例1所得產(chǎn)物加入50毫升10mg/L的0(12+離子溶液中,超聲 吸附30分鐘,原子吸收測量顯示Cd^離子溶液的吸光度從吸附前的0.413下降 到0.195,即Cd^離子濃度由吸附前的5mg/L下降為2.43mg/L (如圖9所示), 經(jīng)計算,吸附劑在5mg/L的Cd^離子溶液中吸附Cf+的能力為6.425mg/g;
實施例5:
將20mg實施例2所得產(chǎn)物加入50毫升10mg/L的Q 離子溶液中,超聲 吸附30分鐘,C離子溶液的吸光度從吸附前的0.330下降為0.139,即Cu2+ 離子濃度由吸附前的10mg/L下降為4.28mg/L (如圖IO所示),經(jīng)計算,吸附劑 在10mg/L的012+離子溶液中吸附Cu"的能力為14.3mg/g。
實施例6:
將20mg實施例2所得產(chǎn)物加入50毫升10mg/L的As(V)離子溶液中,超 聲吸附30分鐘,采用ICP原子發(fā)射光譜儀進行測試,結果顯示As(V)離子濃度 不變。
實施例7:
將20mg實施例2所得產(chǎn)物加入50毫升10mg/L的Cr(VI)離子溶液中,超 聲吸附30分鐘,采用ICP原子發(fā)射光譜儀進行測量,結果顯示Cr(VI)離子濃度不變。
以上結果說明,磁性納米粒子(^C核殼納米結構重金屬離子吸附劑具有選擇吸附 性能,對Pb"、 Cu2+、 CcP可有效吸附,而對重金屬離子As(V)和Cr(VI)的吸附 無效果。
權利要求
1、一種磁性的納米材料的制備方法,包括磁性金屬納米粒子制備過程、碳包覆過程,其特征在于所述的磁性金屬納米粒子制備過程為將陰離子型表面活性劑,可溶性鎳鹽及強還原劑溶于蒸餾水中,在磁力攪拌的情況下依次將N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和強堿緩慢加入上述溶液中,混合均勻后,升溫140~180℃,反應10-12小時,冷卻至室溫,用去離子水洗滌數(shù)次,在真空干燥箱中50-60℃干燥至恒重,即可。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種磁性的納米材料的制備方法,其特征在于-可溶性鎳鹽與陰離子表面活性劑的摩爾比1: 0.15-0.3。
3、 根據(jù)權利要求1所述的一種磁性的納米材料的制備方法,其特征在于 所述的陰離子表面活性劑為十二垸基苯磺酸鈉,十二烷基硫酸鈉。
4、 根據(jù)權利要求1所述的一種磁性的納米材料的制備方法,其特征在于所述的可溶性鎳鹽為氯化鎳,硫酸鎳,醋酸鎳。
5、 根據(jù)權利要求1所述的一種磁性的納米材料的制備方法,其特征在于所述的強還原劑為水合肼、次磷酸鈉、硼氫化鈉。
6、 根據(jù)權利要求1所述的一種磁性的納米材料的制備方法,其特征在于 所述的碳包覆過程為將所制成的磁性納米粒子超聲分散于重量濃度為10-15%葡萄糖溶液中,并在160-17(TC下反應3-4小時后,冷卻至室溫,用去離子水洗滌,在真空干燥箱 中50-60°C下干燥至恒重,即可。
7、 權利要求1所述的磁性的納米材料在吸附工業(yè)廢水中重金屬離子方面的 應用。
8、 權利要求1所述的磁性的納米材料在吸附工業(yè)廢水中Pb2+、 Cu2+、 Cd2+ 離子方面的應用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁性的納米材料的制備方法及其應用,所述的制備方法,包括磁性金屬納米粒子制備過程、碳包覆過程,所述的磁性金屬納米粒子制備過程為將陰離子型表面活性劑,可溶性鎳鹽及強還原劑溶于蒸餾水中,在磁力攪拌的情況下依次將N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和強堿緩慢加入上述溶液中,混合均勻后,升溫140~180℃,反應10-12小時,冷卻至室溫,用去離子水洗滌數(shù)次,在真空干燥箱中50-60℃干燥至恒重,即可。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比,反應條件溫和,所制的網(wǎng)狀碳包覆的磁性吸附劑,具有選擇性吸附重金屬離子、比表面積較大,吸附能力強;易于從吸附后的溶液中分離的特點。
文檔編號B22F1/02GK101658933SQ20091014502
公開日2010年3月3日 申請日期2009年9月21日 優(yōu)先權日2009年9月21日
發(fā)明者倪永紅, 靳黎娜 申請人:安徽師范大學