一种大环化合物功能化磁性纳米粒子的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种大环化合物功能化磁性纳米粒子的制备方法及应用，属于轻型化工领域。本发明专利技术的大环化合物功能化磁性纳米粒子的制备方法具体为：(1)大环化合物的溶解：将大环化合物粉末置于少量的溶剂中，超声分散待其溶解；(2)制备功能化纳米粒子：将FeCl

Preparation and application of magnetic nanoparticles functionalized by macrocyclic compounds

【技术实现步骤摘要】
一种大环化合物功能化磁性纳米粒子的制备方法及应用
本专利技术涉及一种大环化合物功能化磁性纳米粒子的制备方法及应用，属于轻型化工领域。
技术介绍
Fe3O4是自然界中磁性最强的矿物，可表示为是一种由Fe2+和Fe3+组成的反尖晶石铁氧体。20世纪70年代，Fe3O4磁性纳米材料开始逐渐发展起来。这类材料有一般纳米材料所特有的性质，如：表面效应、体积效应、小尺寸效应、量子效应、宏观量子隧道效应，又有极好的磁导向性、高矫顽力、超顺磁性和生物相容性等特殊性质。Fe3O4磁性纳米材料与其他磁性材料相比，制备简单、价格低廉、化学稳定性好、储存方便并且极易功能化。还具有良好的生物相容性，高饱和磁化率以及极好的超顺磁性等优势，因此在化学、材料、生物医学等领域引起了人们广泛的研究兴趣。大环对客体分子具有高度选择性，并能组装成具有完整结构和特殊性能的化合物，这种特异的结合功能引起了研究者的广泛兴趣，超分子修饰磁性纳米粒子Fe3O4不仅可以提升稳定性，而且可以通过修饰改善纳米粒子的某些性能。许多超分子材料，如杯芳烃、柱芳烃等已经用于Fe3O4磁性纳米材料修饰。然而该类吸附材料只对特定的污染物具有较好的去除效果。目前《One-potsolvothermalsynthesisofCarboxylatopillar[5]arene-modifiedFe3O4magneticnanoparticlesforultrafastseparationofcationicdyes》中采用柱芳烃进行修饰Fe3O4，得到的粒子只是对亚甲基蓝和结晶紫具有吸附作用。而在水体中，季铵盐阳离子(比如西吡氯铵)对藻类、鱼类、贝类、轮虫、海星和虾等水生生物均具有较高的毒性，EC50/LC50(半数有效/半数致死)一般在mg/L级甚至更低，而孔雀石绿进入水生动物体内后，会快速代谢成脂溶性的无色孔雀石绿。孔雀石绿具有潜在的致癌、致畸、致突变的作用。因此去除这些物质是非常必要的。常用的吸附孔雀石绿的方法有膨润土(覃岳隆，等.乙酸膨润土对孔雀石绿的吸附去除[J].化工进展.2016.35(3)：944-949)、改性甘蔗渣(汪燕南，等.改性甘蔗渣去除模拟废水中孔雀石绿的研究[J].环境工程技术学报.2016.09,6(5):434-439)等，但是这些物质仅仅对于低浓度(20mg/L)的孔雀石绿溶液具有良好的吸附作用。
技术实现思路
为了解决如上至少一个问题，本专利技术提供了一种吸附有机污染物(孔雀石绿、西吡氯铵)效果好，可以有选择性的对具有较长烷基链的化合物吸附效果好，对烷基链较短的化合物没有吸附效果的大环化合物功能化Fe3O4的制备方法。本专利技术的第一个目的是提供一种大环化合物功能化磁性纳米粒子的制备方法，包括如下步骤：(1)大环化合物的溶解；(2)制备功能化纳米粒子：将FeCl3·6H2O溶解，后加入三水醋酸钠以及大环化合物溶液，待其溶解，进行水热反应；(3)纳米粒子的洗涤与收集：结束后冷却至室温，将所得产物洗涤，分离，得到大环化合物功能化磁性纳米粒子；所述的大环化合物和FeCl3·6H2O的质量比为1：5～35。在本专利技术的一种实施方式中，所述方法属于水热法，具体包括如下步骤：(1)大环化合物的溶解：将大环粉末置于少量的溶剂中，超声分散待其溶解；(2)制备功能化纳米粒子：将FeCl3·6H2O溶解于乙二醇中，后加入三水醋酸钠以及大环化合物溶液，搅拌待其溶解，最后倒入水热反应釜中于马弗炉里反应；(3)纳米粒子的洗涤与收集：结束后冷却至室温，所得黑色的产物用乙醇和水洗涤，使用外加磁场进行分离，干燥。在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)中所述大环化合物和溶剂的质量比为1：1～100。在本专利技术的一种实施方式中，大环化合物的分子结构式如下：其中n＝1或者2。在本专利技术的一种实施方式中，大环化合物和FeCl3·6H2O的质量比为1：5～1：10。在本专利技术的一种实施方式中，所述水热反应的反应温度为160～240℃，优选地，可为200～220℃，时间为6～10h，优选地，温度可为200℃，时间可为8h。在本专利技术的一种实施方式中，所述的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺DMF、二甲亚砜DMSO、二氯甲烷DCM、三氯甲烷中的一种或者一种以上。在本专利技术的一种实施方式中，步骤(1)中超声分散的功率为500-1000W，分散时间为30-40min。在本专利技术的一种实施方式中，步骤(2)所述FeCl3·6H2O与乙二醇的质量比为1：10～40，FeCl3·6H2O与三水醋酸钠的质量比为1：1～4。在本专利技术的一种实施方式中，步骤(2)中的搅拌速度为1000～3000rpm，搅拌时间为20～40min。在本专利技术的一种实施方式中，步骤(3)中所得黑色的产物用乙醇和水各洗涤2～5次，优选地洗涤3次。在本专利技术的一种实施方式中，步骤(3)中外加磁场的参数设置为0.1T～0.3T。在本专利技术的一种实施方式中，步骤(3)中所述的干燥是在在真空烘箱中进行干燥，干燥温度为50～150℃，干燥时间为10～30h。本专利技术的第二个目的是本专利技术所述的大环功能化磁性纳米粒子的制备方法制得的大环化合物功能化磁性纳米粒子。本专利技术的第三个目的是提供一种采用本专利技术所述的大环化合物制备不同粒径的功能化磁性纳米粒子的方法。在本专利技术的一种实施方式中，随着大环化合物的质量增加，磁性纳米粒子的粒径也随之增加。本专利技术的第四个目的是本专利技术所述的大环功能化Fe3O4磁性纳米粒子在污染物吸附方面的应用。在本专利技术的一种实施方式中，所述应用是在废水处理方面的应用，优选地，是在染料、污染物吸附方面的应用。在本专利技术的一种实施方式中，所述染料为孔雀石绿。在本专利技术的一种实施方式中，所述有机污染物为西吡氯铵。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术的大环化合物功能化Fe3O4磁性纳米粒子的制备方法不需要充氮排氧，不需要高压设备，即可以制得，工艺简单。(2)本专利技术采用水热法制备Fe3O4磁性纳米粒子，该方法制备出的Fe3O4磁性纳米粒子吸附性能好，对于西吡氯铵的吸附效果好，达到79.1％以上，对孔雀石绿的吸附率达到81.07％以上。(3)本专利技术的大环化合物功能化Fe3O4磁性纳米粒子对烷基链较短的化合物没有吸附效果而对具有较长烷基链的化合物具有较好的吸附效果。(4)Fe3O4磁性纳米粒子的偶极交互作用力和表面能的存在，使其容易发生聚集且保存不当会被氧化。本专利技术采用大环对磁性纳米粒子进行功能化，提高了磁性纳米粒子的分散性和稳定性，在使用过程中不会发生性质的改变。且大环主体对客体分子具有高度选择性，并能组装成具有完整结构和特殊性能的化合物，这种特异的结合功能也保留了下来。(5)本专利技术的Fe3O4磁性纳米粒子在制备过程中，随着大环化合物的质量增加，磁性纳米粒子的粒径也随之增加，和常规报道(ZhangH,WuJR,WangX本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大环化合物功能化磁性纳米粒子的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)大环化合物的溶解；/n(2)制备功能化纳米粒子：将FeCl

【技术特征摘要】
1.一种大环化合物功能化磁性纳米粒子的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)大环化合物的溶解；
(2)制备功能化纳米粒子：将FeCl3·6H2O溶解，后加入三水醋酸钠以及大环化合物溶液，待其溶解，进行水热反应；
(3)纳米粒子的洗涤与收集：结束后冷却至室温，将所得产物洗涤，分离，得到大环化合物功能化磁性纳米粒子；
所述的大环化合物和FeCl3·6H2O的质量比为1：5～35。


2.根据权利要求1所述的大环化合物功能化磁性纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述大环化合物的结构式如下式所示：

其中n＝1或者2。


3.根据权利要求1所述的大环化合物功能化磁性纳米粒子的制备方法，其特征在于，大环化合物和FeCl3·6H2O的质量比为1：5～1：10。


4.根据权利要求1所述的大环化合物功能化磁性纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述水热反应的反应温度为160～240℃，时间为6～12h。


5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙昌，周成钢，赵春燕，文泽天，崔晓鹏，田景涛，谢秋华，郑浩，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32