两亲离子液体在水分散磁纳米微粒和磁分离介孔制备中的应用

分别以不同链长的烷基咪唑型两亲离子液体(氯化-1-n烷基-3-甲基咪唑，简称为CnmimCl，n = 10, 14, 16, 18)为第一层稳定剂，C16mimCl为第二层稳定剂，构成两亲离子液体双层稳定剂，研究其在水分散性磁性纳米微粒(Fe3O4)制备中的表面修饰性能，以获取高水分散性的磁性纳米微粒，提出合理的表面修饰模型，并揭示两亲离子液体在水分散性磁性纳米微粒表面修饰作用中的本质。进一步研究这种水分散性磁性纳米微粒与有序介孔的组装，即通过在单分散的磁性纳米微粒的水溶液中发生硅物种和介孔导向剂模板(同一种两亲离子液体C16mimCl)的原位自组装过程，使介孔结构围绕着这种磁性纳米微粒生长，最终形成一种由有序介孔孔道包裹磁性纳米微粒的磁分离性复合介孔材料，这种既有有序介孔排布和高比表面积特性，又有磁分离性质的复合材料，将产生一种新颖的吸附剂或催化剂载体材料。

本项目的研究方向是探索咪唑型两亲离子液体(简称AILn，n为烷基链上不同的碳原子数:10、12、14、16、18)在纳米磁微粒表面的修饰行为，并研究AILn在水基磁流体中原位合成磁介孔时的模板效应。主要工作涉及两个方面：(1)通过静电吸引，带负电的磁微粒吸附带正电的AILn咪唑头基，形成有第一层修饰的疏水Fe3O4/AILn微粒；而带正电的磁微粒吸附带负电的阴离子表面活性剂，分别形成第一层修饰的疏水Fe3O4/琥珀酸酯磺酸盐(AOT)和Fe3O4/烷基硫酸(磺酸)盐微粒；通过化学吸附作用，可以分别形成第一层修饰的疏水Fe3O4/正十二硫醇、Fe3O4/油酸、Fe3O4/癸酸微粒。将所有第一层修饰过的磁微粒通过疏水相互作用与AILn发生自组装，形成以AILn为外层的双层修饰的亲水微粒(Fe3O4/(第一层)/AILn)。对双层修饰的微粒进行了XRD、TEM、VSM、TGA、DTA、AAS及化学方法测试，证明所有修饰后形成的单分散的超顺磁性纳米磁铁矿微粒表面确实存在双修饰层，并进一步量化计算了微粒表面的双层覆盖量，发现当长链的AILn构筑外层时，能够达到更为密集的分子排列(Fe3O4/AOT/AILn体系无论长链或短链均能形成密堆积的AILn分子排列)，这种外层有咪唑头基密堆积的双层结构可在微粒表面提供较高的表面电荷密度和强的亲水性，因而形成高稳定性的水基磁流体。(2)以AIL16为模板，在一系列相应AIL16为外层的双修饰层稳定的磁流体中原位制备了磁介孔。小角和广角XRD、TEM、VSM、N2吸附-脱附实验测试表明，所制备的介孔比表面积在774~1052 m2/g之间，并具有典型的MCM-41型特征(对Fe3O4/AOT/AILn体系还合成了MCM-48型)，可观察到这种复合介孔主要由长程有序六方介孔氧化硅孔道组成，局部出现分散的Fe3O4微粒与类似于蠕虫状孔道的混合状态，并保持了纳米磁铁矿的超顺磁性特征。所有制备的磁介孔均可对液相中的罗丹明B、亚甲基蓝、甲基紫和孔雀石绿产生快速明显的吸附效应(可满足Freundlich方程)，并可在外磁场下分离和回收。这种采用同一种AIL16既作磁微粒外壳修饰剂，又作介孔模板剂，并原位从水基磁流体中制备磁介孔的方法是一种简单有效的新方法。