探討磁性吸附功能高分子材料的制備與性能

【文章摘要】

磁性吸附高分子材料是工業(yè)生產(chǎn)中一種重要的功能材料，其材料制備與性能研究具有非常重要的價(jià)值。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，水污染治理對吸附功能高分子材料提出了更高的要求，這也促使其制備技術(shù)需要不斷改進(jìn)。

【關(guān)鍵詞】

磁性吸附功能；高分子；制備；性能

常用吸附劑有無機(jī)吸附材料、高分子吸附材料、雜化材料等，其中，高分子吸附材料是一種以聚合物為主體的吸附材料，分為合成高分子吸附材料和天然高分子吸附材料。磁性吸附功能高分子材料是一種常見的高分子材料，與其他吸附劑相比，不僅使用周期長，吸附量大，而且經(jīng)過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的高分子材料具有特殊的分離特性，吸附效果比較理想。

1 磁性吸附功能高分子材料的制備概述

傳統(tǒng)的高分子聚合方法有自由基聚合和縮聚。自由基聚合制備高分子聚合物具有單體材料種類多、反應(yīng)條件常規(guī)、易于批量生產(chǎn)等優(yōu)勢，但在實(shí)際制備中因自由基的不穩(wěn)定性也極易發(fā)生鏈轉(zhuǎn)移、終止等不良結(jié)果。為改善自由基聚合的不良后果，美國科學(xué)家首次提出活性聚合的概念，此種聚合方式具有鏈無轉(zhuǎn)移、無終止等特點(diǎn)，但生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜，反應(yīng)條件苛刻，阻礙了工業(yè)化制備的實(shí)現(xiàn)。我國自上世紀(jì)九十年代起開始研發(fā)“活性”自由基聚合反應(yīng)，并于1995 年首次研制出了原子轉(zhuǎn)移自由基聚合技術(shù)。

2 磁性吸附功能高分子材料的制備實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

（1）制備原料和試劑

實(shí)驗(yàn)所需原料有氯化鐵(FeGl3·6H20)、氯化亞鐵(FeCl2·6H20)、正硅酸乙酯（TEOS）、y- 氨丙基三乙氧基硅烷(APTS)、NH3-H20、甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)、溴化亞銅(CuBr)、銅（Cu）等。

（2）實(shí)驗(yàn)測試儀器

實(shí)驗(yàn)所需測試儀器有紅外光譜儀（用于測定實(shí)驗(yàn)樣品官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)變化）、透射電鏡（用于觀察實(shí)驗(yàn)樣品的形態(tài)特征以及測量粒子粒徑）、磁強(qiáng)度計(jì)（用于測定實(shí)驗(yàn)樣品的磁性能）、分光光度計(jì)（用于測定實(shí)驗(yàn)樣品金屬離子濃度）、微量分析儀、原子吸收光譜儀（用于測定實(shí)驗(yàn)溶液中金屬離子濃度）、pH 計(jì)等。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）制備Fe304 納米粒子

采用化學(xué)沉淀法制備Fe304 納米粒子。將FeCl2·4H20 溶液與FeGl3·6H20 溶液按照鐵離子1:1 的比例加入到燒瓶中， 機(jī)械攪拌均勻后在溶液中加入2mol/L 的NaOH 溶液，調(diào)節(jié)溶液pH 在10-11 之間。于室溫下反應(yīng)60min 后將溶液加熱，維持2h，之后自然冷卻至室溫。利用磁鐵將溶液中的反應(yīng)產(chǎn)物吸附分離，在蒸餾水中反復(fù)洗滌，待其pH 為中性后置于室溫下干燥，所得干燥粒子即為Fe304 納米粒子。

（2）制備Fe304·SiO2

取2g Fe304 固體粉末置于鹽酸溶液中，超聲磁分離，蒸餾水洗滌，轉(zhuǎn)移至燒瓶中，滴入1mol/L 的檸檬酸鈉溶液，加熱， 機(jī)械攪拌均勻，蒸餾水洗滌多次后除去溶液中未完全溶解的檸檬酸鈉固體，再加入30mL 水，攪拌均勻后用量杯量取2mL 溶液置于三口燒瓶中，機(jī)械攪拌均勻后加入1mL 氨水，室溫下機(jī)械攪拌2h，之后蒸餾水洗滌至中性，室溫下干燥，即得Fe304·SiO2。

3 磁性吸附功能高分子材料的性能分析

3.1 紅外表征分析

利用紅外光譜儀測定所制備Fe304·SiO2 的金屬離子濃度。紅外光譜圖顯示，多種制備材料的譜圖附近均出現(xiàn)了Fe-O 鍵吸收峰，覆蓋在Fe304 表面的SiO2 在1000cm-1 處出現(xiàn)了加強(qiáng)的吸收峰，表明SiO2 全面包裹在Fe304 表面。

3.2 磁強(qiáng)度計(jì)表征分析

在室溫下，利用磁強(qiáng)度計(jì)對所制備的納米復(fù)合材料進(jìn)行磁強(qiáng)度研究，結(jié)果顯示復(fù)合材料的平均磁強(qiáng)度為12.9emu/g，滿足磁分離要求。

3.3 納米復(fù)合材料對Hg 吸附性能的影響

（1）pH 對Hg 吸附性能的影響

不同酸堿條件下測定Hg 吸附表現(xiàn)， 結(jié)果顯示，強(qiáng)酸條件下Hg 的吸附能力最弱，且隨著pH 值的增加，對Hg 的吸附量逐漸增大，當(dāng)pH 為3-5 時(shí)，對Hg 的吸附量幾乎沒有變化。造成這種現(xiàn)象的原因是由于在強(qiáng)酸環(huán)境下，溶液中含有大量的H+ 離子，阻礙了元素之間的配位結(jié)合，隨著溶液pH 值的增大，這種阻礙影響逐漸減弱，使復(fù)合分子材料對Hg 的吸附量逐漸增加。

（2）離子濃度對Hg 吸附性能的影響

磁性高分子復(fù)合材料對Hg 離子的吸附反應(yīng)非常迅速，且短時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到平衡，溶液濃度越大，磁性高分子復(fù)合材料對Hg 離子的吸附能力也就越強(qiáng)，這可能與吸附點(diǎn)位有關(guān)聯(lián)。一般來講，溶液濃度越大，其納米級材料的表面積也就越大， 孔道結(jié)構(gòu)也就相對較小，材料表面所具有的配位元素增多，Hg 粒子吸附點(diǎn)位也就隨之增多。

（3）初始濃度對Hg 吸附性能的影響

復(fù)合材料對Hg 吸附性量隨初始濃度的增加而增加，且當(dāng)Hg 初始濃度<25mg/L 時(shí)，其對Hg 的吸附量幾乎不再隨著Hg 初始濃度的變化而發(fā)生改變。當(dāng)濃度升高至1000mg/L 時(shí)，其對Hg 的吸附量又繼續(xù)增加。

4 結(jié)語

本文從制備新型磁性高分子功能材料出發(fā)，成功制備出了吸附迅速、吸附量大的磁性高分子吸附材料Fe304·SiO2，并利用磁強(qiáng)度計(jì)進(jìn)行了磁性表征分析。這種兼具檢測與吸附性能的磁性材料將為未來水污染的治理領(lǐng)域帶來新的希望。

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