一種羧基化磁性載鐵有序介孔碳及其制備方法和應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種羧基化磁性載鐵有序介孔碳及其制備方法和應(yīng)用，羧基化磁性載鐵有序介孔碳以有序介孔碳為載體，通過(guò)硝酸氧化法使有序介孔碳的表面和孔道中嫁接羧基基團(tuán)得到羧基化有序介孔碳；磁性納米粒子通過(guò)浸漬法負(fù)載在羧基化有序介孔碳上。本發(fā)明專利技術(shù)還提供了該羧基化磁性載鐵有序介孔碳的制備方法，包括有序介孔碳羧基化、負(fù)載磁性納米粒子步驟。本發(fā)明專利技術(shù)還涉及羧基化磁性載鐵有序介孔碳在去除水體中農(nóng)藥2,4-二氯苯氧乙酸的應(yīng)用。本發(fā)明專利技術(shù)涉及的羧基化磁性載鐵有序介孔碳具有比表面積和孔體積大、親水性好、對(duì)2,4-二氯苯氧乙酸的吸附量大，吸附速率快、性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種羧基化磁性載鐵有序介孔碳及其制備方法和應(yīng)用
本專利技術(shù)涉及材料
，尤其涉及一種羧基化磁性載鐵有序介孔碳，還涉及前述羧基化磁性載鐵有序介孔碳的制備方法和在去除水體中2，4- 二氯苯氧乙酸的應(yīng)用。
技術(shù)介紹
2，4- 二氯苯氧乙酸(2，4-D)是一種選擇性除草劑，在1946年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化銷(xiāo)售之后，由于其除草效果良好，并大大提高了種植小麥、玉米、稻以及其他谷類飼料作物農(nóng)田中的雜草控制，在農(nóng)田中廣泛使用。也正是除草劑的廣泛而大量的使用，導(dǎo)致了水體中出現(xiàn)2，4-D污染。當(dāng)人體吸入2，4-D時(shí)，在上呼吸道和胸部會(huì)導(dǎo)致咳嗽和灼燒的感覺(jué)。而2，4-D的吸收會(huì)導(dǎo)致嘔吐、腹部疼痛、腹瀉、高血壓的形成。對(duì)于2，4-D致癌危險(xiǎn)性，1987年國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)(IRAC)將包括2，4-D歸為2B級(jí)致癌物質(zhì)，即“對(duì)人類可能致癌”。 目前，處理農(nóng)藥2，4-D廢水的方法有光催化降解法、微波輔助和紫外照射共同降解的方法、生物降解法、電催化脫氯法、電催化與生物降解結(jié)合的方法、化學(xué)氧化法和吸附法等方法。其中，吸附法因其具有操作簡(jiǎn)單、成本低、有一定的抗毒性、工藝成熟、處理周期短及較高的處理效率等優(yōu)點(diǎn)逐漸應(yīng)用于農(nóng)藥廢水處理領(lǐng)域。 有序介孔碳是一種具有大的比表面積、孔體積、較聞的水熱穩(wěn)定性和酸喊穩(wěn)定性以及獨(dú)特的物化的吸附劑。然而，有序介孔碳的親水性較差，很難在水中均勻分散，而且有序介孔碳粉末粒徑非常小，很難回收容易造成二次污染，導(dǎo)致有序介孔碳對(duì)農(nóng)藥廢水處理效果有限。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有較好的親水性和磁性，較大的比表面積和孔體積的羧基化磁性載鐵有序介孔碳；還提供了一種步驟簡(jiǎn)單，成本低廉，納米粒子不易團(tuán)聚，不易堵塞孔道，生產(chǎn)效率高的羧基化磁性載鐵有序介孔碳的制備方法；還相應(yīng)提供了一種對(duì)農(nóng)藥2，4-D廢水去除量大，去除效率高，可回收利用的羧基化磁性載鐵有序介孔碳的應(yīng)用方法。 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專利技術(shù)提供了一種羧基化磁性載鐵有序介孔碳，前述羧基化磁性載鐵有序介孔碳以有序介孔碳為載體，羧基基團(tuán)通過(guò)硝酸氧化法嫁接在前述有序介孔碳的表面和孔道中得到羧基化有序介孔碳；前述磁性納米粒子通過(guò)浸潰法負(fù)載在前述羧基化有序介孔碳上。 進(jìn)一步的，前述羧基化磁性載鐵有序介孔碳的比表面積為700m2/g?900m2/g,孔徑為2nm?4nm,磁性納米粒子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%?12%。 進(jìn)一步的，前述磁性納米粒子為四氧化三鐵納米粒子。 作為一個(gè)總的技術(shù)構(gòu)思，本專利技術(shù)還提供了上述羧基化磁性載鐵有序介孔碳的制備方法，包括以下步驟: S1、有序介孔碳羧基化:將有序介孔碳加入硝酸溶液中混勻，通過(guò)水浴加熱制得羧基化有序介孔碳；S2、負(fù)載磁性納米粒子:將鐵源溶解于乙醇中得到含鐵乙醇溶液，在前述含鐵乙醇溶液中加入步驟SI中制備得到的羧基化有序介孔碳，通過(guò)加熱攪拌得到混合物，將前述混合物進(jìn)行真空干燥，然后加入乙二醇，以1°C /min?2V /min的速度升溫至450°C?550°C煅燒并保持Ih?2h高溫煅燒即得羧基化磁性載鐵有序介孔碳。前述的羧基化有序介孔碳、鐵源和乙醇的質(zhì)量比優(yōu)選為1: 0.9856?1.2: 0.3564?0.4。 進(jìn)一步的，前述SI步驟之前還包括有序介孔碳的制備，具體包括以下步驟:S1-1、填充碳源:在硫酸溶液中加入蔗糖得到雙元混合物，將前述雙元混合物逐滴加入至介孔娃SBA-15模板并不斷攪拌，然后在95°C?105°C條件下熱處理5h?6h,再于155°C?165°C條件下熱處理5h?6h，得到C/Si復(fù)合物；硫酸溶液由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸通過(guò)蒸餾水稀釋制備得到；前述的蔗糖、濃硫酸、蒸餾水和介孔硅SBA-15模板的質(zhì)量比優(yōu)選為 1.1 ?1.25: 0.1 ?0.145: 4.5 ?5.5: I ；S1-2、高溫碳化:將前述C/Si復(fù)合物在氮?dú)夥諊校?V /min?4°C /min速率升溫至800°C?900°C進(jìn)行高溫碳化Ih?3h得到有序介孔碳。 進(jìn)一步的，前述Sl-1步驟中前述介孔硅SBA-15模板的制備方法為:在鹽酸溶液中加入聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物，于35°C水浴中攪拌溶解；然后與正硅酸乙酯經(jīng)水熱反應(yīng)得到白色沉淀；再將前述白色沉淀于510°C?560°C煅燒3h?5h制備得到前述介孔硅SBA-15模板；前述聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物、正硅酸乙酯和鹽酸溶液的質(zhì)量比為1: 2.0?2.125: 38?40。 進(jìn)一步的，前述水熱反應(yīng)條件為:將聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物的鹽酸溶液與正硅酸乙酯于30°C?35°C的溫度下混合攪拌19h?21h，再于135°C?145°C下水熱反應(yīng)23h?25h得到白色沉淀。 進(jìn)一步的，前述S1-2步驟還包括去除介孔硅SBA-15模板步驟:取濃度為1.5mol/L?2.5mol/L的NaOH溶液加熱至80°C?90°C ;將前述有序介孔碳硅模板的脫除使用NaOH熱溶液。 進(jìn)一步的，前述鐵源為無(wú)水氯化鐵。 進(jìn)一步的，前述SI步驟中前述硝酸溶液的濃度為2?4mol/L，前述水浴加熱的溫度的70?90°C，水浴時(shí)間為I?2 h。 進(jìn)一步的，前述步驟S2中前述加熱攪拌的溫度為50?70°C，攪拌時(shí)間為0.5?I h，前述真空干燥的溫度為25 °C?45 °C，羧基化有序介孔碳、鐵源和乙醇的質(zhì)量比為1: 1.2: 0.4。 作為一個(gè)總的技術(shù)構(gòu)思，本專利技術(shù)還提供了一種前述羧基化磁性載鐵有序介孔碳或采用前述制備方法制備得到的羧基化磁性載鐵有序介孔碳在去除水體中2，4-D的應(yīng)用，將羧基化磁性載鐵有序介孔碳加入到2，4- 二氯苯氧乙酸溶液中，進(jìn)行振蕩吸附、磁性分離步驟，完成對(duì)水體中2，4-二氯苯氧乙酸的去除。 進(jìn)一步的，前述振蕩吸附的溫度為30?50°C，轉(zhuǎn)速為140?160rpm，pH為2?4。 進(jìn)一步的，2，4-D初始濃度為50mg/L?500mg/L ;羧基化磁性載鐵有序介孔碳的加入量為0.5g/L?lg/L。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于: (I)本專利技術(shù)通過(guò)在有序介孔碳表面和孔道嫁接羧基基團(tuán)，改善了有序介孔碳的親水性；同時(shí)將磁性納米負(fù)載在羧基化有序介孔碳上得到羧基化磁性載鐵有序介孔硅，具有較好的親水性和磁性，較大的比表面積和孔體積，納米粒子不易團(tuán)聚，不易堵塞孔道的特點(diǎn)。 (2)本專利技術(shù)提供了一種羧基化磁性載鐵有序介孔碳的制備方法，以有序介孔碳作為載體，前述載體通過(guò)硬模板法制備得到具有較好的穩(wěn)定性，羧基基團(tuán)和磁性納米粒子通過(guò)后浸潰法負(fù)載在有序介孔碳上，制備過(guò)程簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單，成本低廉。 (3)本專利技術(shù)提供的羧基化磁性載鐵有序介孔碳首次應(yīng)用于吸附農(nóng)藥2，4-D，可以快速有效地去除水體中的農(nóng)藥2，4-D，吸附量大、吸附能力強(qiáng)、高的吸附效率，吸附速率快，操作簡(jiǎn)單，處理周期短且可回收利用，在吸附農(nóng)藥2，4-D方面具有較為明顯的優(yōu)勢(shì)。羧基基團(tuán)使有序介孔碳能均勻分散在水體中，從而提高吸附的量。磁性納米粒子的負(fù)載使吸附劑具有磁性，易于與水體分離，使吸附劑的分離變得簡(jiǎn)單易行，也有利于對(duì)農(nóng)藥2，4-D的吸附。同時(shí)，在酸性條件下羧基化磁性載鐵有序介孔碳對(duì)去除農(nóng)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種羧基化磁性載鐵有序介孔碳，其特征在于，所述羧基化磁性載鐵有序介孔碳以有序介孔碳為載體，羧基基團(tuán)通過(guò)硝酸氧化法嫁接在所述有序介孔碳的表面和孔道中得到羧基化有序介孔碳；所述磁性納米粒子通過(guò)浸漬法負(fù)載在所述羧基化有序介孔碳上。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種羧基化磁性載鐵有序介孔碳，其特征在于，所述羧基化磁性載鐵有序介孔碳以有序介孔碳為載體，羧基基團(tuán)通過(guò)硝酸氧化法嫁接在所述有序介孔碳的表面和孔道中得到羧基化有序介孔碳；所述磁性納米粒子通過(guò)浸潰法負(fù)載在所述羧基化有序介孔碳上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的羧基化磁性載鐵有序介孔碳，其特征在于，所述羧基化磁性載鐵有序介孔碳的比表面積為700m2/g?900m2/g,孔徑為2nm?4nm。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的羧基化磁性載鐵有序介孔碳，其特征在于，所述磁性納米粒子為四氧化三鐵納米粒子。4.一種權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的羧基化磁性載鐵有序介孔碳的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、有序介孔碳羧基化:將有序介孔碳加入硝酸溶液中混勻，通過(guò)水浴加熱制得羧基化有序介孔碳； 52、負(fù)載磁性納米粒子:將鐵源溶解于乙醇中得到含鐵乙醇溶液，在所述含鐵乙醇溶液中加入所述步驟SI中制備得到的羧基化有序介孔碳，通過(guò)加熱攪拌得到混合物，將所述混合物進(jìn)行真空干燥，然后加入乙二醇，以l°c /min?2V /min的速度升溫至450°C?550°C煅燒并保持Ih?2h即得所述羧基化磁性載鐵有序介孔碳。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述SI步驟之前還包括有序介孔碳的制備，具體包括以下步驟: S1-1、填充碳源:在硫酸溶液中加入蔗糖得到雙元混合物，將所述雙元混合物逐滴加入至SBA-15模板并不斷攪拌，然后在95°C?105°C條件下熱處理5h?6h，再于155°C?165°C條件下熱處理5h?6h,得到C/Si復(fù)合物； S1-2、高溫碳化:將所述C/Si復(fù)合物在氮?dú)夥諊校?V /min?4°C /min速率升...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：湯琳，張盛，楊貴德，章毅，陳俊，周耀渝，王佳佳，方艷，鄧垚成，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：湖南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：湖南;43