一种仿生趋磁细菌的快速高选择性提金吸附剂的制备方法与应用技术

本发明专利技术属于吸附分离功能材料制备技术领域，一种仿生趋磁细菌的快速高选择性提金吸附剂的制备与应用。本发明专利技术利用磁诱导组装和硅前驱体的水解缩合制备了仿生趋磁细菌的磁芯纳米链，并利用硅烷偶联剂在其表面修饰上双键，后期以蒸馏沉淀技术核心，通过精准控制蒸出溶剂的的量，制备了可控单体负载量的复合吸附剂，并用于电子废弃液中金的快速选择性富集与回收。同时，基于皮尔逊软硬酸碱理论和配位原则选择烯丙基硫脲为功能单体，实现了对金离子高选择性吸附分离。本发明专利技术制备的吸附剂结构新颖，尺寸可控，制备工艺简单，且成本低，传质效率快、吸附容量大，易于回收，再生性能稳定。再生性能稳定。再生性能稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生趋磁细菌的快速高选择性提金吸附剂的制备方法与应用


[0001]本专利技术属于吸附分离功能材料制备
，涉及一种仿生趋磁细菌的快速高选择性提金吸附剂的制备方法与应用。

技术介绍

[0002]黄金是最早发现的金属之一，除了具有原始的货币功能和现在的装饰价值外，还具有独特的物理化学性质。如今，黄金已经在催化、电子电气、通信、航空航天、化学工程和医疗工业等高科技领域得到了广泛的应用。近年来，随着黄金需求的快速增长，使金矿的开采规模不断扩大，不可避免地造成了资源的大量浪费和废弃物的极度膨胀，同时还带来了严重的环境污染，危害人类健康。据统计，每吨不含电池的废旧手机中含有超过270克金，远高于每吨不小于100克金的一级品金精矿。因此，建立具有自主知识产权的绿色高效提金新方法具有重要的意义。
[0003]目前，从水溶液中回收金的技术有吸附法、化学沉淀法、溶剂萃取法和离子交换法等。其中，吸附法以其操作简便、成本效益高、环境友好、能力强等优点被认为是一种很有前途的吸附方法，近年来受到了广泛关注。由于微纳米材料由具有比表面积大、尺寸效应小、吸附位点丰富等特点，在吸附分离领域被广泛应用。一些常用的纳米材料如分子筛，碳纳米管，金属
‑
有机骨架材料等，面临进行冗长的后处理过程，如离心或过滤需要仪器和大量的时间和能量，而且传统的吸附剂在吸附分离过程中，仍需要外加的机械搅拌等以提高传质效率。因此设计开发新型的易于回收、自搅拌的纳米吸附剂在提高传质效率、加快吸附速率方面具有重要意义。
[0004]磁性四氧化三铁作为一种磁响应的材料，具有良好的生物相容性、稳定性，和低细胞毒性，目前被广泛的应用于生物、医药、材料等领域。受在外部磁场作用下可搅动或移动的趋磁细菌的启发，开发了在外界磁场诱导作用下，将磁性纳米颗粒定向组装成一维纳米链。磁各异性可以使其自搅动或移动，加速混合过程，提高吸附过程中的传质效率，而且可以有效地解决吸附剂难以回收的问题。此外，由于其磁性成分暴露在外面，很容易受到环境的氧化或腐蚀，并且表面官能团少，难于功能化设计。因此，通过核壳结构的设计，利用硅前驱体的水解缩合在其表面包覆硅层，不仅能够实现材料功能的定向设计，而且可以绝对的保护磁芯使其不强酸强碱环境的侵蚀。
[0005]吸附剂的比表面积大小、形貌结构以及表面单体负载量决定了其吸附性能。传统的聚合方法具有形状不规则，分散性较差，操作繁琐，反应时间长的缺点。
[0006]当涉及到热响应性聚合物或其各种共聚物在不同基体材料的接枝时，聚合技术的选择就变得至关重要，所选择的聚合工艺和定量接枝对改性聚合物接枝粒子的性能均有重要影响。蒸馏沉淀聚合法是一种新兴的相对简单的沉淀聚合和自由基聚合反应相结合的技术，而且可以很好地与各种材料相结合，通过精准控制蒸出溶剂的的量，实现对单体的负载量的控制，同时可制备尺寸易控，高交联单分散材料。
g：50
‑
150mL：0.6
‑
1.8g：2.8
‑
8.4g，反应温度为180
‑
220℃，反应时间为9
‑
12h。
[0020]优选的，步骤(2)中，所述的Fe3O
4 NPs用量为25
‑
75mg，适量无水乙醇用量为30
‑
90 mL，反应温度为25
‑
35℃，氨水的用量为1.7
‑
4.8mL，初始机械搅拌转速为600
‑
900rpm，反应时间为15
‑
25min，降低后转速为200
‑
400rpm，TEOS用量为0.15
‑
0.5mL，反应时间为10
‑
20min，条形磁铁中心磁场强度约为7.6mT，停滞时间为80
‑
150s，静置反应时间为8
‑
15h。
[0021]优选的，步骤(3)中的1)中，所述的MCSR、MPS和氨水的用量比为50mg：0.2 mL：1.5mL，无水乙醇和去离子水的用量比为40mL：10mL，反应温度为60
‑
80℃，搅拌转速为600
‑
800rpm，反应时间为22
‑
26h。
[0022]优选的，步骤(3)中的2)中，所述的MCSR
‑
MPS、乙腈、ATU、MBA和AIBN 的用量比50mg：40mL：125
‑
135mg：50mg：6mg。
[0023]优选的，步骤(3)中的2)中，蒸馏沉淀聚合反应时间为25
‑
35min，蒸馏沉淀聚合反应的初始油浴温度为105
‑
115℃，蒸馏沉淀聚合反应后的油浴温度为125
‑
135℃。
[0024]将本专利技术制备的一种仿生趋磁细菌的快速高选择性提金吸附剂用于溶液中金离子的吸附提取的用途。
[0025]与现有技术相比较，本专利技术的有益效果体现在如下方面：
[0026]本专利技术以磁诱导组装和蒸馏沉淀聚合技术为基础，制备了具有高选择性和快速传质效率的仿生趋磁细菌的提金吸附剂。
①
MCSR
‑
ATU的链状结构具有磁各向异性，能够在外加磁场的作用下自搅拌从而实现对金离子的快速富集，强化吸附分离的传质效率，在1 min内即可达到最大吸附量的74.67％，在30min内可达到吸附平衡，最大吸附容量可达 217.97mg g
‑1；
②
MCSR
‑
ATU仅需通过磁铁即可轻松从溶液中实现分离，无需通过离心等费时费力的操作。
③
MCSR
‑
ATU对多种干扰离子共存的样品溶液中金离子具有高选择性的吸附性能，而且经过四次循环后其吸附性能无明显下降，能实现对金离子的快速选择性富集，可用于电子废弃液中金的富集。
附图说明
[0027]图1实施例1中仿生趋磁细菌结构(MCSR
‑
ATU)的制备流程示意图。
[0028]图2实施例1中各阶段材料的SEM和TEM图像，其中a、b分别为步骤(2)中仿趋磁细菌结构(MCSR)的SEM和TEM图；c、d为步骤(3)中2)的仿生趋磁细菌的提金吸附剂(MCSR
‑
ATU)的SEM和TEM图。
[0029]图3是实施例1中步骤(2)中产物MCSR，步骤(3)中1)的产物MCSR
‑
MPS和步骤(3)中2)的产物MCSR
‑
ATU的红外光谱图。
[0030]图4是实施例4中蒸出不同乙腈的量与吸附量的结果展示。
[0031]图5是实施例1中步骤(1)中产物Fe3O
4 NPs和步骤(3)中2)的最终产物MNSR
‑
MPS 的磁滞回线测试分析图。
[0032]图6是实施例5的pH结果展示。
[0033]图7是实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生趋磁细菌的快速高选择性提金吸附剂的制备方法，其特征如下，包括如下步骤：(1)磁性基底材料四氧化三铁纳米颗粒Fe3O
4 NPs的制备将六水合三氯化铁FeCl3·
6H2O加入到乙二醇中，随后依次加入柠檬酸钠Na3Cit和乙酸钠NaAc，混合均匀后超声处理直至形成橙黄色透明溶液，将混合物转移至水热反应釜中，在一定温度下反应一段时间，自然冷却至室温后通过离心分离，并用去离子水和乙醇洗涤数次去除残留试剂，所得固体Fe3O
4 NPs置于真空烘箱中干燥备用；(2)仿生趋磁细菌结构MCSR的制备将适量步骤(1)中所制备的Fe3O
4 NPs置于三口烧瓶中，然后加入适量的无水乙醇，超声分散后，置于一定温度的水浴中，加入适量的氨水，在一定转速下机械搅拌一定段时间，然后降低转速至一定值，再加入适量的正硅酸四乙酯TEOS反应一段时间，再将其置于中心磁场强度为一定值的条形磁铁正上方并停滞一段时间，随后缓慢置于平稳处静置一段时间，然后通过磁铁分离，并用去离子水和乙醇洗涤数次去除残留试剂，所得固体MCSR置于真空烘箱中干燥备用；(3)仿生趋磁细菌的提金吸附剂(MCSR
‑
ATU)的制备1)将适量步骤(2)中所制备的MCSR置于圆底烧瓶中，然后加入适量的无水乙醇和去离子水，超声分散后在一定温度搅拌的条件下依次加入适量氨水和3
‑
(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷MPS，反应一段时间，自然冷却至室温后通过磁铁分离，并用去离子水和乙醇洗涤数次去除残留试剂，所得固体MCSR
‑
MPS置于真空烘箱中干燥备用；2)将1)中所得产物MCSR
‑
MPS通过超声分散于适量乙腈中，然后依次加入适量的烯丙基硫脲ATU、N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺MBA)和偶氮二异丁腈AIBN，超声分散后置于具有一定初始温度的油浴中开始蒸馏沉淀聚合反应，在一定时间内蒸出定量的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李浩，潘阳，张玉婷，潘建明，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：