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生產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值。隨著科學技術的不斷進步，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需要不斷改進。

【關鍵詞】

磁性吸附功能；高分子；制備；性能

常用吸附劑有無機吸附材料、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，而且經過結構設計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、反應條件常規、易于批量生產等優勢，但在實際制備中因自由基的不穩定性也極易發生鏈轉移、終止等不良結果。為改善自由基聚合的不良后果，美國科學家首次提出活性聚合的概念，此種聚合方式具有鏈無轉移、無終止等特點，但生產工藝較為復雜，反應條件苛刻，阻礙了工業化制備的實現。我國自上世紀九十年代起開始研發“活性”自由基聚合反應，并于1995 年首次研制出了原子轉移自由基聚合技術。

2 磁性吸附功能高分子材料的制備實驗

2.1 實驗準備

（1）制備原料和試劑

實驗所需原料有氯化鐵(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）實驗測試儀器

實驗所需測試儀器有紅外光譜儀（用于測定實驗樣品官能團的結構變化）、透射電鏡（用于觀察實驗樣品的形態特征以及測量粒子粒徑）、磁強度計（用于測定實驗樣品的磁性能）、分光光度計（用于測定實驗樣品金屬離子濃度）、微量分析儀、原子吸收光譜儀（用于測定實驗溶液中金屬離子濃度）、pH 計等。

2.2 實驗方法

（1）制備Fe304 納米粒子

采用化學沉淀法制備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， 機械攪拌均勻后在溶液中加入2mol/L 的NaOH 溶液，調節溶液pH 在10-11 之間。于室溫下反應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產物吸附分離，在蒸餾水中反復洗滌，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，轉移至燒瓶中，滴入1mol/L 的檸檬酸鈉溶液，加熱， 機械攪拌均勻，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，機械攪拌均勻后加入1mL 氨水，室溫下機械攪拌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了Fe-O 鍵吸收峰，覆蓋在Fe304 表面的SiO2 在1000cm-1 處出現了加強的吸收峰，表明SiO2 全面包裹在Fe304 表面。

3.2 磁強度計表征分析

在室溫下，利用磁強度計對所制備的納米復合材料進行磁強度研究，結果顯示復合材料的平均磁強度為12.9emu/g，滿足磁分離要求。

3.3 納米復合材料對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， 結果顯示，強酸條件下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pH 為3-5 時，對Hg 的吸附量幾乎沒有變化。造成這種現象的原因是由于在強酸環境下，溶液中含有大量的H+ 離子，阻礙了元素之間的配位結合，隨著溶液pH 值的增大，這種阻礙影響逐漸減弱，使復合分子材料對Hg 的吸附量逐漸增加。

（2）離子濃度對Hg 吸附性能的影響

磁性高分子復合材料對Hg 離子的吸附反應非常迅速，且短時間內即可達到平衡，溶液濃度越大，磁性高分子復合材料對Hg 離子的吸附能力也就越強，這可能與吸附點位有關聯。一般來講，溶液濃度越大，其納米級材料的表面積也就越大， 孔道結構也就相對較小，材料表面所具有的配位元素增多，Hg 粒子吸附點位也就隨之增多。

（3）初始濃度對Hg 吸附性能的影響

復合材料對Hg 吸附性量隨初始濃度的增加而增加，且當Hg 初始濃度<25mg/L 時，其對Hg 的吸附量幾乎不再隨著Hg 初始濃度的變化而發生改變。當濃度升高至1000mg/L 時，其對Hg 的吸附量又繼續增加。

4 結語

本文從制備新型磁性高分子功能材料出發，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，并利用磁強度計進行了磁性表征分析。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域帶來新的希望。

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