一种磁性聚合物刷修饰气凝胶的制备方法与流程

1.本发明属于气凝胶制备技术领域，具体涉及磁性聚合物刷修饰气凝胶的制备方法。


背景技术：

2.随着气凝胶的发展，具有特殊功能的气凝胶也越来越受到广泛的关注。磁响应气凝胶材料具有高吸附性能且能循环回收利用，其合成工艺简单，且具有磁响应性能，在吸附、催化和生物医药等领域的应用都具有独特的优势。磁响应气凝胶主要采用将磁功能化的材料分散在溶液中，经过凝胶、老化和超临界干燥等步骤制得，通常的方法是将磁性纳米颗粒物理分散或化学接枝到气凝胶基质中，如在常规气凝胶上负载磁性纳米材料（如fe3o4、fe2o3和α-羟基氧化铁等）赋予其磁性能。但是由于制备方法、原料等的限制，导致目前的磁响应气凝胶材料吸附性能不高，回收利用率低。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本发明的目的是提供一种磁性聚合物刷修饰气凝胶的制备方法。
4.一种磁性聚合物刷修饰气凝胶的制备方法，包括以下步骤：（1）磁性聚合物刷的制备：将0.2-0.6g铁源与25-35ml无水乙醇超声分散50-70min使其分散均匀，并继续超声分散15-25min，然后将混合溶液转移至磁力搅拌器中，加入0-100mg聚丙烯酸，继续搅拌5-15min，再加入0.5-1g无水乙酸钠，搅拌0.5-1.5h，搅拌均匀后置于设有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在180-220℃下反应8-12h，反应结束后冷却至室温，将反应物用去离子水洗涤3-4次后冷冻干燥，得磁性聚合物刷样品备用，铁源可选用六水合三氯化铁；（2）溶胶的制备：取5-15ml正硅酸乙酯、15-45ml甲醇、7.5-23ml甲基三乙氧基、3-4ml纯净水混合，加入盐酸使其ph值达到3-4，搅拌均匀并置于50-60℃的水浴中反应3-5h，得二氧化硅溶胶；（3）磁性聚合物刷二氧化硅混合溶胶的制备：将二氧化硅溶胶持续搅拌，然后加入20-100mg磁性聚合物刷样品，加入完成后继续搅拌0.5-1.5h，使其混合均匀且无明显颗粒，得到磁性聚合物刷二氧化硅混合溶胶；（4）磁性聚合物刷二氧化硅混合湿凝胶的制备：在磁性聚合物刷二氧化硅混合溶胶中加入碱性催化剂使其凝胶，得到磁性聚合物刷二氧化硅混合湿凝胶，碱性催化剂为氨水、氨水与甲醇混合溶液、氨水与氟化铵混合溶液、四乙基氢氧化铵中的一种，当选用氨水作为碱性催化剂时，磁性聚合物刷二氧化硅混合溶胶和氨水的比例为（13-18）：1；（5）干燥：将磁性聚合物刷二氧化硅混合湿凝胶置于超临界二氧化碳干燥釜中干燥，温度为45-55℃，压力为10-16mpa，二氧化碳通过超临界干燥釜的流量为2000-2500kg/h，干燥时间为5-6h，得到磁性聚合物刷修饰的气凝胶复合材料。
5.本发明磁性聚合物刷修饰气凝胶的制备方法，与现有技术相比，其有益效果在于：1.本发明在制备磁性聚合物刷时先通过超声分散，再进行磁力搅拌，能保证搅拌均匀并反应完全；2.本发明制备出的磁性聚合物刷修饰的气凝胶复合材料同时兼具气凝胶的特性和fe3o4纳米粒子的磁响应性能，添加聚丙烯酸分散剂，使材料不会出现团聚的情况，在水处理领域能发挥较好的吸附优势，有效去除水污染中的有害物质，同时在外加磁场下能有效回收，环保且应用潜力大。
附图说明
6.图1为实施例4制备出的气凝胶的光谱示意图；图2为实施例4制备出的气凝胶的热重曲线；图3为实施例4制备出的气凝胶的磁滞回线图；图4为实施例4制备出的气凝胶的模型图。
具体实施方式
7.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
8.需要说明的是，术语“包括”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
9.实施例1一种磁性聚合物刷修饰气凝胶的制备方法，包括以下步骤：（1）磁性聚合物刷的制备：称取0.5g六水合三氯化铁于10ml玻璃烧杯中，再量取30ml无水乙醇倒入烧杯中，超声分散60min使其分散均匀，并继续超声分散20min，然后将混合溶液转移至磁力搅拌器中，再加入0.75g无水乙酸钠，搅拌1h，搅拌均匀后置于设有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在200℃下反应10h，反应结束后冷却至室温，将反应物用去离子水洗涤3次后冷冻干燥，得磁性聚合物刷样品备用；（2）溶胶的制备：取10ml正硅酸乙酯、30ml甲醇、15ml甲基三乙氧基、3.5ml纯净水混合，加入盐酸使其ph值达到3.5，搅拌均匀并置于55℃的水浴中反应4h，得二氧化硅溶胶；（3）磁性聚合物刷二氧化硅混合溶胶的制备：将二氧化硅溶胶持续搅拌，然后加入50mg磁性聚合物刷样品，加入完成后继续搅拌1h，使其混合均匀且无明显颗粒，得到磁性聚合物刷二氧化硅混合溶胶；（4）磁性聚合物刷二氧化硅混合湿凝胶的制备：在磁性聚合物刷二氧化硅混合溶胶中加入氨水使其凝胶，得到磁性聚合物刷二氧化硅混合湿凝胶，磁性聚合物刷二氧化硅混合溶胶和氨水的比例为15：1；（5）干燥：将磁性聚合物刷二氧化硅混合湿凝胶置于超临界二氧化碳干燥釜中干燥，温度为50℃，压力为13mpa，二氧化碳通过超临界干燥釜的流量为2200kg/h，干燥时间为5.5h，使湿凝胶中的甲醇被置换出来，从而得到磁性聚合物刷修饰的气凝胶复合材料。
10.制备完成后，将制备出的磁性聚合物刷修饰的气凝胶复合材料进行检测，验证其对燃料的吸附性能，以及在外架磁场下测试磁性聚合物刷修饰的气凝胶复合材料的性能和
回收性能。
11.实施例2一种磁性聚合物刷修饰气凝胶的制备方法，包括以下步骤：（1）磁性聚合物刷的制备：称取0.5g六水合三氯化铁于10ml玻璃烧杯中，再量取30ml无水乙醇倒入烧杯中，超声分散60min使其分散均匀，并继续超声分散20min，然后将混合溶液转移至磁力搅拌器中，加入20mg聚丙烯酸，继续搅拌10min，再加入0.75g无水乙酸钠，搅拌1h，搅拌均匀后置于设有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在200℃下反应10h，反应结束后冷却至室温，将反应物用去离子水洗涤3次后冷冻干燥，得磁性聚合物刷样品备用。
12.其余步骤同实施例1。
13.实施例3一种磁性聚合物刷修饰气凝胶的制备方法，包括以下步骤：（1）磁性聚合物刷的制备：称取0.5g六水合三氯化铁于10ml玻璃烧杯中，再量取30ml无水乙醇倒入烧杯中，超声分散60min使其分散均匀，并继续超声分散20min，然后将混合溶液转移至磁力搅拌器中，加入40mg聚丙烯酸，继续搅拌10min，再加入0.75g无水乙酸钠，搅拌1h，搅拌均匀后置于设有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在200℃下反应10h，反应结束后冷却至室温，将反应物用去离子水洗涤3次后冷冻干燥，得磁性聚合物刷样品备用。
14.其余步骤同实施例1。
15.实施例4一种磁性聚合物刷修饰气凝胶的制备方法，包括以下步骤：（1）磁性聚合物刷的制备：称取0.5g六水合三氯化铁于10ml玻璃烧杯中，再量取30ml无水乙醇倒入烧杯中，超声分散60min使其分散均匀，并继续超声分散20min，然后将混合溶液转移至磁力搅拌器中，加入80mg聚丙烯酸，继续搅拌10min，再加入0.75g无水乙酸钠，搅拌1h，搅拌均匀后置于设有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在200℃下反应10h，反应结束后冷却至室温，将反应物用去离子水洗涤3次后冷冻干燥，得磁性聚合物刷样品备用。
16.其余步骤同实施例1。
17.本实施例为本发明的最佳实施例。
18.如图1所示，利用红外光谱对制备出的气凝胶化学组成进行表征， 在555cm-1
处出现fe-o伸缩振动峰，表明fe3o4颗粒已固载到气凝胶表面，在1716 cm-1
附近较强的吸收峰是由于聚丙烯酸的羰基（c=o）的弯曲振动引起的，表明聚合物刷已接枝到fe3o4颗粒上。
19.如图2所示，由于聚丙烯酸含量高的吸附剂具有较多带负电荷的羧酸基团，对阳离子染料的吸附能力更高，通过热重进一步测定了磁性气凝胶表面聚丙烯酸的含量。加热温度从30 ℃升高至700 ℃时，所有样品的失重都表现为两个阶段。120℃以下的失重是由于材料上物理吸附水的蒸发所致。在120℃-430 ℃的温度范围内，该材料的第二次失重归因于结合在气凝胶表面的聚丙烯酸的分解。结果表明聚丙烯酸聚合物刷已成功合成到气凝胶表面。
20.如图3所示，制备出的气凝胶优异的磁性能使其在外加磁场作用下可以从污染废水中快速分离。对制备的聚合物刷修饰的气凝胶样品的磁性能用vsm进行了表征，如图所示，在外加磁场下，可对材料进行有效回收，与溶剂很好的进行分离。
21.实施例5
一种磁性聚合物刷修饰气凝胶的制备方法，包括以下步骤：（1）磁性聚合物刷的制备：称取0.5g六水合三氯化铁于10ml玻璃烧杯中，再量取30ml无水乙醇倒入烧杯中，超声分散60min使其分散均匀，并继续超声分散20min，然后将混合溶液转移至磁力搅拌器中，加入100mg聚丙烯酸，继续搅拌10min，再加入0.75g无水乙酸钠，搅拌1h，搅拌均匀后置于设有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在200℃下反应10h，反应结束后冷却至室温，将反应物用去离子水洗涤3次后冷冻干燥，得磁性聚合物刷样品备用。
22.其余步骤同实施例1。
23.本发明其他未详尽之处均为本领域技术人员所公知的常规技术。
24.本发明的保护范围不限于具体实施方式所公开的技术方案，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同替换、改进等，均落入本发明的保护范围。