CN102264631B - 利用磁性纳米粒子进行液体纯化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了磁性纳米粒子以及使用磁性纳米粒子选择性的除去液体中的目标生物、小分子、分析物、离子，或者其他分子的方法。

Description

利用磁性纳米粒子进行液体纯化的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求了申请日为2008年10月27日的美国临时专利申请61/108,821、申请日为2009年3月26日的美国临时申请61/211,008，和申请日为2009年7月20日的美国临时申请61/271,158为优先权，其公开的内容在此全文引用作为参考。

联邦资助的研究或开发声明

本发明在美国国家科学基金资助项目 IIP-0930768资助下完成的，美国政府对本发明有特定的权利。

技术领域

本发明涉及纳米粒子以及利用磁性纳米粒子选择性的清除液体中的目标微生物、小分子、分析物、离子，或者分子的方法。

背景技术

相关工艺的阐述

硒是绝大多数的人、动物、植物生存所需要的，需求量很少的一种痕量元素；不过，硒的浓度太大，会对生物产生不利影响。过高的硒浓度已经并且将继续成为美国西部、美国的其他地方以及世界各地所面临的一个大问题。

从浇灌农业土壤的污水中检测出了含氧硒离子，其被认为是环境毒素。由于硒在很小的浓度范围内，对于人类、动物，以及一些植物来说，具有潜在的毒性或者可能会引起缺陷，因此人们对环境中的硒很关注。已经观察到，水中的硒酸盐（SeO₄ ^2-）的浓度低到十亿分之10就可以引起水鸟的死亡与出生畸形。因此，美国环境保护局（U.S. EPA ）要求初级饮用水的水质标准为Se的含量为0.01mg/L。在美国西部地区，发现硒酸盐的浓度很高，灌溉活动会导致硒酸盐迁移至土地中或表层水中。

富含硒的土壤的灌溉和排水会使硒渗入地下水和地表水中。水溶性的硒主要以硒酸盐（SeO₄ ^2-）及***盐（SeO₃ ^2-）的形式存在。这两个种类中，硒酸盐在水溶液中更加稳定，因此相对更难以除去。在土壤中或者在污水中的硒的浓度及化学形态取决于各种物理化学因素，包括氧化还原反应条件、pH，以及吸附表面。

硒主要以硒化物、元素硒、***盐、硒酸盐和与蓝晶石或有机底物复合的硒的形式存在。目前，主要采用物理化学方法如化学沉淀、催化还原，以及离子交换除去废水中的硒。这些物质中，离子交换对硒氰酸酯的处理优于硒酸盐，对硒酸盐的处理优于***盐，不过氢氧化铁吸附对硒氰酸酯没有亲和力，并且对***盐的处理优于硒酸盐。由于大多数精炼厂最终废水和自然水包括硒酸盐和***盐的混合物，已经难以通过一步法从精炼厂废水或者自然水中完全脱除硒。而且，氧化到硒酸盐形态，或者从硒酸盐形态还原在动力学上非常慢，进一步阻碍了最优化处理。离子交换也不是一个成功的除去硒的技术，因为硒表现出了几乎与硫酸盐一样的树脂亲和力，而硫酸盐的浓度通常比硒酸盐高出几个数量级。因此，在与硒竞争树脂中心时，硫酸盐很容易的优于硒酸盐。进一步，当用于处理含硒废水，离子交换树脂逐渐被污染，而其再生方法常常是不充分的，并且也是不可预知的。

已知可通过***盐Satoshi Soda（Se⁴⁺）将硒酸盐（Se⁶⁺）微生物还原为元素硒(Se⁰），其在自然环境中将可溶性硒解毒的过程中起到了重要作用。因为元素硒毒性很小或者基本没有毒性，并且由于它的不溶特性，其很容易从水相中除去，这种还原工艺可用于开发可溶性硒，尤其是硒酸盐的解毒及脱除的废水处理***。

目前的水处理方法在大规模使用中并不是卓有成效的，它的能耗大，并且成本高。先前的水源硒修复的尝试技术包括生物处理（厌氧细菌法、微生物兼性的细菌法、微藻细菌法，以及其他方法）、微生物蒸发、地球化学固定（geochemical immobilization）、重金属吸附工艺，氢氧化亚铁工艺、膜工艺（反渗透、正渗透）、离子交换柱，以及其他的方法。由于在该领域中缺乏有效的技术，在农业区如CA的San Joaquin Valley，大的蒸发池或者土地休耕已经成为处理硒问题的惯用方法。

目前的水处理方法能耗大，并且使用膜技术或者其他的复杂水处理设备。本发明简化了水处理技术，并且提供一种有效率的硒修复（selenium remediation）方法，其使用的能量比其他的水处理技术低，同时限制了卤水（brine）及其他有害副产物（bi-product）带来的环境影响。本发明成本低廉并且对环境有很大的有益影响。这项新发明是一硒元素、离子，或者特定的分子的安全、可重复，并且成本较低的有效脱除方法，其用电量最小，并且对环境的影响最小。

脱盐作用指的是从水中除去盐以及其他矿物的工艺过程。除去盐分后，水转变成为饮用水。现在最热点的脱盐工艺集中于开发有成本效益的方法，以在淡水缺少的地区为人们提供淡水。

根据2008年1月17日在华尔街日报世界版刊登的文章报道，每天13,080个脱盐装置生产超过120亿加仑的水。大规模的脱盐需要用极多的能量，以及专门的、昂贵的基础设施。许多的因素决定了脱盐的资本与生产费用：设备的容量与种类、地理位置、给水、劳动力、能源、财政与浓缩物处理。

中等浓度的盐水可用于灌溉与农业目的，这里并不要求严格的饮用水标准。然而，迄今为止，大规模的将盐水生产为淡水的过程中，其主要制约是盐水及海水脱盐的高成本与能量要求。

能量&电力需求减少估计～70%，从而可使得对于庄家灌溉来说脱盐水变得可以负担。成本估算是基于此事实，即通过一永久稀土磁铁形成磁场梯度实现分离，从而不需要在脱盐工艺中所需的巨大的电力消耗，该电力消耗来源于进行脱盐工艺的在40-80bar压力下操作的高压给水泵。使用功能化的纳米粒子脱盐所用的最小的能耗成本为将水泵入第一个搅拌釜反应器，以及在每个罐中的连续搅拌所需的能量。

大约70%的地球表面被水覆盖，大多数为海洋，不经过脱盐，无法使用。在地球的水的总量中，淡水占的比例少于3%，但是大部分封闭在两极的冰川中。因此，只有小于1%的淡水容易为人类所用。世界范围内对饮水与灌溉用水的不断上涨的需求越来越具有社会-经济重要性，因此需要利用大海、咸水与海水作为淡水供应。根据越来越严格的标准，越来越多的科学家与工程师开始怀疑现存工艺能否满足所有用户对于淡水的需求。水合亲水性离子如钠，钾，氟化物和氯的高的自由能使得将这些离子从水溶液中分离除去很困难。

膜反渗透（RO）分离工艺已经成为全世界范围内的脱盐的标准方法。该反渗透脱盐工艺需要大量的资本与能量，主要因为水渗透通过RO膜需要高压（40-80bar）。因此，尽管RO已经被证实是一种可靠的脱盐方法，但它对电力的高需求是持续采用该技术进行水脱盐的主要障碍。而且，有关的温室气体的大的排放、中等的回收率，以及膜的生物与胶质污物是基于膜的分离技术的一些隐忧。

作为RO脱盐的替代技术，其需要消耗相对较少的能量，并且不会降低已知应用具有的脱盐效率。

膜工艺已经发展的非常快，并且最新设备使用反渗透技术。膜***能耗一般比热蒸馏的能耗少，这使得在过去的十年中，总体脱盐的成本在减少。但是，脱盐作用依然消耗大量的能量，并且其未来的成本继续取决于能量和脱盐技术的价格。

2008年的1月17日，华尔街日报的一篇报道指出，“11月，Connecticut -based Poseidon Resources Corp.取得了在San Diego 北部的Carlsbad建立一个30000万美元的水脱盐装置的主要监管部门的批准。该设备将成为西半球最大的水脱盐装置，每天生产5000万加仑（190，000m³）的饮用水，足够供应100，000的家庭，每1000加仑水3.06美元”。

以色列现在脱盐用水的生产费用为每立方米0.53美元。新加坡的脱盐用水的费用为每立方米0.49美元。根据福布斯的一篇文章，一个位于加利福尼亚的San Leandro，叫做Energy Recovery Inc.的公司已经做到海水淡化的成本为每立方米0.46美元。”Hydro-Alchemy, Forbes, May 9, 2008."

现有技术中让人不甚满意的能源成本问题证明了对新技术的需要，并且引发了各种脱盐技术的研究。过去，许多新型脱盐技术已经取得不同程度的成功。美国政府一直致力于开发实际可行的日光脱盐技术。

在Lawrence Livermore 国家实验室的研究工作表明，纳米管膜被证明能进行有效的水过滤，并且可以为一种可行的脱盐方法，其消耗的能量比反渗透的大幅度降低。Lawrence Livermore 国家实验室公共事务部（2006-05-18），“纳米管膜为更廉价的脱盐作用提供了可能性”。新闻稿（http://www.l lnl.gov/pao/news/news_releases/2006/NR-06-05- 06.html）。

Siemens Water Technologies已经报道开发了一种脱盐技术，每立方米水的脱盐仅仅使用1.5KWh的电能，根据该报道，这是其他工艺能耗量的一半。“由于在海水淡化中取得的技术突破，小组获得400万美元奖励，the Straits Times，2008年6月23日。”

一相对较新的工艺，“低温热脱盐作用”（LLTD），根据水在低压下，即使在室温下也能沸腾的原理，利用真空泵在腔体内部产生低压。

在另一个水净化的领域中，目前***在饮水生产过程中采用一超滤膜步骤，该超滤膜为聚合物膜，其上有很多化学处理形成的微孔，通过压力驱使水流过滤膜。

离子交换***利用离子交换树脂-或者沸石填充塔，来交换不需要的离子，通常，除去Ca²⁺与Mg²⁺，并且用有益健康的Na⁺或K⁺（肥皂友好的）来代替它们。离子交换树脂也用于除去有毒离子如硝酸盐、亚硝酸盐、铅、水银，以及砷。

消毒目前通过过滤掉有害的微生物以及添加消毒剂来完成。

在净化饮用水的最后一个步骤中，水经过消毒杀死通过过滤器的任何病原体。常见的病原体包括病毒、细菌，如大肠杆菌、弯曲杆菌属和志贺氏杆菌，和原生动物，包括肠兰伯式鞭毛虫及其他隐孢子虫。

在具有天然酸性水的区域中，该水可溶解水中携带的来自铅管中的铅。加入少量的磷酸盐离子，pH小幅的增加。两者一起作用，通过生成附在管内壁的铅盐不溶物大大减少了铅离子含量。

有些地下水包括镭。典型的水源包括在伊利诺伊州的伊利诺伊河北部。镭一般通过离子交换过程或者通过水质调节去除，。

虽然很多地方在水中加入氟化物，一些区域如佛罗里达的部分地区的水源中的氟化物过量。过量的氟化物是有毒的或者可以产生不需要的化妆效果，如牙齿的染色。一个处理方法就是用活性氧化铝来降低氟化物含量。

发明内容

本发明涉及磁性纳米粒子以及用该磁性纳米粒子选择性清除液体中目标生物、小分子、分析物、阳离子、阴离子、离子，或者所研究的液体中的分子的方法。

优选的纳米粒子为合成得到的世界范围内可找到的磁性矿物的类似物。所述矿物和它们的类似物表现出多种的磁性特性，包括但不限于反磁性的、顺磁性的、超顺磁性的、铁磁性的、亚铁磁性的、反铁磁性的、自旋玻璃，和电磁的。

该磁性纳米粒子优选地为任意合适的磁性材料的合成类似物或者下述材料的组合，如磁铁矿、钛尖晶石、赤铁矿、钛铁矿、磁赤铁矿、墨镁铁锰矿、镍磁铁矿、镁铁矿、磁黄铁矿、硫复铁矿、陨硫铁、针铁矿、纤铁矿、六方纤铁矿、铁、镍、钴、铁镍矿、铁钴矿，或者上述的任意组合。

该磁性纳米粒子可具有不同的大小和形状。

该磁性粒子可单独使用，或者涂敷或者复合一种或多种材料以提高该磁性纳米粒子对靶向分子的选择性或者亲和力。

在该工艺的一个公开实施例中，该磁性粒子与含有目标杂质液体混合足够的时间，以使磁性粒子成为复合物或者与目标结合。

在与目标复合或者结合后，该液体受到外部磁场的影响，外部磁场足够强，使得该纳米粒子在一部分的液体中被分隔开。未含有纳米粒子的液体部分与结合的目标与含有纳米粒子的液体部分分开。

该纳米粒子，与目标复合或者结合后，通过将其置于使目标从纳米粒子中释放出来的环境中实现再生。

当目标是一有价值的分子时，该释放的目标可被收集以用于进一步的处理。

再生的纳米粒子适于用上述工艺中重复使用。

在该公开的一个实施例中，合成了新型功能化的磁性纳米结构材料（NM），其可以用于除去农业用水中的各种盐离子以及类似的用途中。

纳米粒子与该盐水在多个步骤中进行混合，以使得可溶性盐离子与功能化的粒子相结合。在弱磁场中（~1T），通过磁体吸引并分离该盐离子结合粒子，优选的使用稀土永磁体。

该方法重复几次，直到水中的盐浓度达到了指定的要求。利用水或者其他的特效试剂淋洗的方法从所述粒子中除去盐离子使功能化的纳米粒子能够再次使用。最主要的是，通过采用线性可扩展的水流在重力作用下的连续搅拌釜式反应器，或者采用以下公开的方法中的单一罐工艺可实现该工艺规模的变化。

在某些实施例中，结合分子对液体中分析物、阳离子、阴离子、离子，和/或分子具有选择性。

本发明涉及磁性纳米粒子和利用该磁性纳米粒子选择性的除去液体中的目标生物、小分子、分析物、阳离子、阴离子、离子，或分子的方法。

在特定实施例中，本发明是一种水处理方法，其中，未结合的或者结合的纳米粒子同水与分析物、阳离子、阴离子、离子，或者分子混合，它们结合到带电纳米粒子上或者结合到已结合的分子上，形成结合的纳米粒子复合物。

在其他实施例中，本发明的水处理方法不断重复，直到分析物、阳离子、阴离子、离子，和/或分子选择性的与水分离。

在特定的实施例中，本发明选择性的除去硒（以元素的形式、硒酸盐、***盐、硒化物、离子的形式、氧化物形式、有机化合物的形式比如二甲硒、硒代甲硫氨酸、硒氨酸、甲基硒代半胱胺酸、和硒的同位素，以及同硒相结合的其它的物质）。

该公开的方法在水净化***中也有用。

该纳米粒子处理方法处理后的水含营养成分很少，物理方法很难达到。极低的营养水平使得水可以加入极少量的消毒剂从而安全地通过分配***输送出去，从而减少使用者受到氯以及氯的副产物的刺激。

本发明的一个目的是提供一种更加有效且有效率的方法，1）用于水脱盐；2）用于水的净化和3）用于除去硒和硒的化合物。

该磁性纳米粒子优选地为任意合适的磁性材料的合成类似物或者下述材料的组合，如磁铁矿、钛尖晶石、赤铁矿、钛铁矿、磁赤铁矿、墨镁铁锰矿、镍磁铁矿、镁铁矿、磁黄铁矿、硫复铁矿、陨硫铁、针铁矿、纤铁矿、六方纤铁矿、铁、镍、钴、铁镍矿、铁钴矿，或者上述的任意组合。

矿物纳米粒子由于羟基或者其它的表面基团可以具有一些结合性能，但在已公开的方法中没有足够的可应用的功能性。该功能性可通过最大化纳米粒子表面的带电基团的数目来改变表面其表面基团实现，或者通过涂敷一聚合物或者其他的材料来获得一羧基、氨基，或者其它的活性基团改性的表面基团，从而使表面功能化。没有受体的功能化的纳米粒子的分离过程优选分离特定的阳离子或者阴离子。

在特定的实施例中，本发明选择性的除去水中的目标生物、小分子、分析物、阳离子、阴离子、离子或分子。

在其他实施例中，本发明选择性的除去目标生物、小分子、分析物、阳离子、阴离子、离子或分子，留下饮用水。

在特定的实施例中，本发明涉及磁性纳米粒子的合成或者其他的磁性纳米材料表面功能化改性，改性通过一给定的表面电荷或者连接结合分子如受体进行。

在特定的实施例中，本发明的水处理方法不断重复，直到分析物、阳离子、阴离子、离子，和/或分子选择性的与水分离。

在特定的实施例中，本发明选择性的除去硒（以元素的形式、硒酸盐、***盐、硒化物、离子的形式、氧化物形式、有机化合物的形式比如二甲硒、硒代甲硫氨酸、硒氨酸、甲基硒代半胱胺酸、和硒的同位素，以及同硒相结合的其它的物质）。

附图说明

图1：纳米粒子功能化结合对分析物、离子或分子具有选择性的分子受体的实施例；

图2：纳米粒子功能化结合对分析物、离子或分子具有选择性的分子受体的实施例；

图3：氨基功能化的纳米粒子交联至不同长度间隔的COOH-PEG-OH 的原理图；

图4：带有油酸表面活性剂的磁性纳米粒子与PEG-OH表面活性剂交换用于吸附硒酸盐的原理图；

图5A和5B：单分散约7-13nm的磁性纳米粒子的透射电镜明视场图像；

图6：单分散的4nm半径（8nm直径）的氧化铁纳米粒子的热分解的DLS图；

图7：连接氨基超顺磁性的氧化铁纳米粒子的傅里叶红外光谱（FTIR）图；

图8：用于除去硒酸盐的用PEG -OH 功能化的氧化铁纳米粒子的FTIR 图；

图9：功能化的纳米粒子同未功能化的纳米粒子以及氨基功能化的纳米粒子的结合能力对比图；

图10：用氯受体功能化的纳米粒子连续除氯；

图11：将起始浓度为1000mg/L的氯连续除氯至0.01mg/L的结合能力；

图12：连续除氯过程中氯受体功能化的纳米粒子的结合效率；

图13：同单个酰胺-连接阳离子受体结合的纳米粒子可以同钠离子结合和同三嗪阴离子受体结合的纳米粒子可以同氯离子结合；

图14：氨基功能化的纳米粒子；

图15A和15B：纳米粒子和离子受体之间采用的连接为4-24个单元的PEG间隔、18.1 Å -108.6 Å ，或者更长（以x表示），单独的阳离子和阴离子受体以及聚合物受体（未显示）也可用PEG 间隔连接（A），具有不同长度的离子受体终端以及甲基终端的PEG链的双PEG化的纳米粒子（B)；

图16：新的采用磁性纳米粒子实现水处理修工艺复的示意图；

图17A和17B：采用磁性纳米粒子实现水修复的设备图，包括混合槽、清水槽，和废水罐；

图18：混合槽的图，其带有管道、泵，以及用于捕捉流走的纳米粒子的电磁体，以在其污染其他槽之前将其捕回；

图19：带有滑动磁体盖的磁性笼的实验室规模仪器示意图，搅拌器在混合槽的上方；

图20：有插孔的磁性笼，用于抬起或者降低永磁体或者电磁体，在块状容器中的磁体设有杆，为了将永磁体向右、向左移动；

图21：在磁体块容器中的磁体以及将磁体向右、向左移动以使磁性纳米粒子倒出的杠杆的俯视图；

图22：新型的利用功能化的磁性纳米粒子以及连续批式方法进行脱盐的工艺流程图；

图23：油酸涂敷在氧化铁纳米粒子上的磁性表征图，表征利用一个超级量子干涉仪（SQUID）进行磁力测定；

图24：利用PEG-OH表面功能化氧化铁纳米粒子对水溶液进行2次连续处理，完全除去水溶液中的硒酸盐离子的图表，使用的硒酸盐的初始浓度为234.6μg/L，硒酸盐溶液中的使用材料为15mg（+/-3mg），第一次脱除后使用NaOH清洁液进行纳米粒子的再生；

图25：从初始硒酸盐浓度为782μg/L的水溶液中去除硒酸盐铁的图表，15mg (+/-3mg )的PEG -OH功能化的、 半乳糖功能化的、0.2:1的右旋糖酐/半乳糖功能化的、2:1的右旋糖酐/半乳糖功能化的，以及裸露的氧化铁纳米粒子被用来处理水，所有的试样为5ml的硒酸盐溶液，15mg (+/-3mg )材料；

图26：图表显示用5ml含有15mgPEG-OH的表面功能化的纳米粒子的溶液进行连续处理除去的硒酸盐离子的百分数，第一次脱除后使用NaOH清洁液进行纳米粒子的再生；

图27：图表显示用15mg (+/-3mg )的PEG -OH功能化的， 半乳糖功能化的，0.2:1的右旋糖酐/半乳糖功能化的，2:1的右旋糖酐/半乳糖功能化的，以及裸露的氧化铁纳米粒子处理水，除去硒酸盐离子的百分数，其中，在5ml的硒酸盐溶液中，所有的试样使用了15mg (+/-3mg )的纳米材料；

图28：表显示了浓度差异以及硒酸盐的去除百本数，试样为纯的去离子水，其硒酸钠盐溶液的起始浓度分别为为234.6μg/L与782μg/L，并且所有的试样在5ml的硒酸盐溶液中使用了15mg (+/-3mg )的纳米材料。

具体实施方式

纳米技术结合磁力分离已经在很多领域中引起很大的关注，如生物传感器、磁体靶向给药、新型诊断设备、细胞分离，以及其他与健康卫生相关的应用领域。

含铁的纳米粒子为在这些应用中使用的优选磁性纳米材料，因为它们是无毒的，并且已经被美国食品与药物主管部门批准作为 MRI 造影剂。磁性纳米粒子的成功的关键在于，磁性纳米粒子在外加磁场作用下会移动，克服了如布朗运动的阻力、粘性阻力&沉降等反作用力。

磁性纳米粒子可以结合到生物受体上，结合后的物质对特定的与细胞/组织/血清/蛋白质相互免疫作用的分子有选择性，这个已在美国专利申请No. 2009/024019 Al ，USSN 12/175,147中公开，它们作为参考引入，并作为说明书的一部分。

纳米尺度的方法可用来从废水中除去特定的污染物。近来纳米技术的进展已经发现，当在低的磁场下，当被吸附在氧化铁纳米粒子上时，砷可以被有效且经济的除去。H. D'Couto ，Development of a low-cost Sustainable water filter: A study of the removal of water pollutants As (V) and Pb (II) using magnetite nanoparticles, Journ，这里引入并作为本公开的一部分。

在一个实施例中，本公开涉及一个新型的功能化的纳米材料，其包括将超顺磁性的氧化铁纳米粒子结合到现有技术中合成的对钠和氯离子有着高度的结合专一性离子受体上。得到的功能化的纳米材料与盐水混合时，能够结合氯化钠。一旦和氯化钠结合，纳米粒子可在外加磁场的作用下从溶液中被提取出来，实现脱盐，无需高能量成本，或者不会对环境造成危害。

在另一个实施例中，本公开涉及一种新型的功能化的纳米材料，其包括利用对硒酸盐离子有高度结合专一性的表面活性剂将超顺磁性的氧化铁纳米粒子表面功能化。当与污水混合时，最终的功能化的纳米粒子能够结合硒酸。一旦与硒酸盐结合，该功能化的纳米粒子可在外加磁场的作用下从溶液被提取出来，实现净水，无需高的能量成本，或者不会对环境造成危害。

在一个实施例中，本公开涉及一种新型的纳米材料，其包括将具有高比表面积的超顺磁性的氧化铁纳米粒子，其为单分散的，并且没有表面活性剂，对硒酸盐离子具有高度的结合专一性。当同污染水混合时，最终得到的功能化的纳米材料可结合硒酸盐。一旦与硒酸盐结合，功能化的纳米粒子可在外加磁场的作用下从水中被提取出来，实现净水，无需高的能量成本，或者不会对环境造成危害。

在一个实施例中，本公开涉及一种功能化的纳米材料，其包括利用对钠离子具有高度结合专一性的表面活性剂对具有超顺磁性的氧化铁纳米粒子表面进行功能化。当同污染水混合时，最终的功能化的纳米材料可结合钠离子。一旦与钠离子结合，功能化的纳米粒子可在外加磁场的作用下从水中被提取出来，实现净水，无需高的能量成本，或者不会对环境造成危害。

本发明涉及磁性纳米粒子和利用该磁性纳米粒子选择性的从液体中除去目标生物、小分子、分析物、阳离子、阴离子、离子，或分子的方法。

在目前公开的方法中的磁性纳米粒子具有各种磁性特性，包括但不限于反磁性的、顺磁性的、超顺磁性的、铁磁性的、亚铁磁性的、反铁磁性的、自旋玻璃，和电磁的。

该磁性纳米粒子优选地为任意合适的磁性材料的合成类似物或者下述材料的组合，如磁铁矿、钛尖晶石、赤铁矿、钛铁矿、磁赤铁矿、墨镁铁锰矿、镍磁铁矿、镁铁矿、磁黄铁矿、硫复铁矿、陨硫铁、针铁矿、纤铁矿、六方纤铁矿、铁、镍、钴、铁镍矿、铁钴矿，或者上述的任意组合。

该磁性纳米粒子的形状和大小可以不同。

本文提到的“反磁性”是指一个物体的属性，即它产生一与外加磁场反方向的磁场，引起排斥作用。在外加磁场的反方向上，外加磁场改变磁偶极子运动。抗磁体是指材料的相对磁导率小于1的物质。水、木头、大部分有机物，如石油与塑料，以及很多的金属包括铜、水银、黄金和铋都是抗磁体。

这里使用的“顺磁性”是指一种形式的磁性，即仅在外加磁场存在的情况下发生。顺磁材料的相对磁导率为1或1以上。在外加磁场消失的情况下，顺磁体不会保持任何磁性。

这里使用的“超顺磁性”是一种形式的磁性，即在少量的铁磁性或者亚铁磁性的纳米粒子中出现。这里使用的其磁化率比顺磁体的大。在温度的影响下，磁化强度随机变换方向。在两次变换之间的时间成为Neel 弛豫时间。在没有外加磁场的情况下，他们的平均磁化强度显示为0：被称为处于超顺磁体状态下。在这个状态，外加磁场能磁化该纳米粒子，类似顺磁体。

这里使用的“铁磁性”是一种基本的机理，即一些材料如铁形成的永久磁铁和/或显示出较强的与磁体的相互作用。所有材料均可以被外加磁场磁化并且当外加磁场消失后，仍然保留磁性的为铁磁性的或者亚铁磁性的。

这里使用的“铁磁性的”材料是一种在不同的亚晶格里的原子的磁矩是相反的材料，该相反的磁矩是不等的，并且当不同的材料或者离子出现在亚晶格里，如Fe²⁺与Fe^{3+ ，}，其能自发将其磁化。铁磁性材料的例子为YIG（钇铁石榴石）与氧化铁及其他及其他元素，如铝，钴，镍，锰和锌组成的铁氧体。

这里使用的“反铁磁性的”材料是指原子或者分子的磁矩以规则的方式排列的材料，伴随着近邻原子或者分子的自旋。总的来说，反铁磁性的磁秩可存在于很低的温度下，在某一温度或该温度以上消失，即Neel 温度。高于Neel温度，该材料一般为顺磁性的。

这里使用的“自旋玻璃”是一种磁体，其磁秩为随机的，其中，铁磁性的和反铁磁性的键随机分布于其中。它的磁秩位置与常规的、化学玻璃的类似。自旋玻璃遵守居里定律，其中，在温度T之前，自旋玻璃的磁化强度与温度成反比，温度T上磁化强度变成一个常数。这是自旋玻璃相的开始。

这里使用的“电磁体”是一种材料，通过产生一电磁场相应地产生一改变在变化的电场。

这里使用的“稀土磁铁”包括钐-钴磁体和钕合金磁体。钐-钴磁体，SmCo₅，其居里温度比钕合金的高，使得磁体在高的操作温度下需要较高的场强的应用中有用。它们能较强的抗氧化，但是烧结的钐-钴磁体是脆性的，并且容易破碎与开裂，并且在受到热震的时候会断裂。钕合金（Nd₂Fe₁₄B）磁体是最强的稀有磁体。他们有最高的磁场强度，但是比钐-钴的居里温度低。

用作纳米磁体的磁性材料

这里所用的，“尖晶石”为矿物，其大致的化学组成为A²⁺B₂ ³⁺O₄ ^2-，其中，在该立方的（等规）晶系中结晶，伴随着氧化物阴离子排列在密闭的立方格子中，阳离子A和B占据格子中的八面体或者四面体的一些或者全部位置。A和B可以是二价的、三价的，或者四价阳离子，包括镁、锌、铁、锰、铝、铬、钛，和硅。

这里使用的“磁铁矿”为一铁磁性的矿物Fe₃O₄，多个氧化铁的其中一个以及尖晶石组的一员。共同的化学名称为亚铁-氧化铁。有时磁铁矿的化学式写为FeO·Fe₂O₃，确定它一个部分为方铁矿（FeO），并且另一个部分为赤铁矿（Fe₂O₃）。磁铁矿是地球的天然矿物中最具磁性的物质。

这里使用的“钛尖晶石”为铁钛氧化物矿（Fe₂TiO₄)。它属于矿物的尖晶石组，如同磁铁矿（Fe₃O₄）。钛尖晶石在高温和还原条件下，其与磁铁矿形成固溶体。

这里使用的“赤铁矿”（Fe₂O₃）是磁铁矿和氧的反应产物。火成岩一般包括两种固溶体的颗粒，一种在磁铁矿和钛尖晶石之间，另外一种在钛铁矿和赤铁矿之间。

这里使用的“钛铁矿”（结晶的铁钛氧化物，FeTiO₃）为弱磁性物质。

这里使用的“磁赤铁矿”(Fe₂O₃, y-Fe₂O₃) 为尖晶石的结构，同磁铁矿相同，其也为铁磁性的。它的特性介于磁铁矿和赤铁矿中间。

这里使用的“墨镁铁锰矿”是一种锰铁合金氧化物矿物，一种磁铁矿尖晶石。

这里使用的“镍磁铁矿”(NiFe³⁺ ₂O₄) 是一种稀有的含镍矿物，属于尖晶石组。

这里使用的镁铁矿是一球铁氧化物矿物，该磁铁矿系列尖晶石的一员。

这里使用的“磁黄铁矿”是一种硫化铁矿物，其铁含量可变：Fe_{（ 1 ，）}S (x = 0 到 0.2)。磁黄铁矿弱磁性的。

这里使用的“硫复铁矿”是一种铁硫化物矿物，其化学式为：Fe(II)Fe(III)₂S₄，也写作Fe₃S₄的形式。每个分子有一个Fe²⁺ 和两个Fe³⁺ 离子。它是一磁性的硫化物，为氧化铁磁铁矿（Fe₃O₄）的类似物。

这里使用的“陨硫铁”（FeS )是各种存在于陨星中的硫化铁矿物的磁黄铁矿。

这里使用的“针铁矿”(FeO(OH))是一种铁氢氧化合物。六方纤铁矿和纤铁矿是多形体，它们的化学式和针铁矿的相同，但是，晶体结构却不一样，因此它们是不同的矿物。

这里使用的“纤铁矿”(FeO(OH))为该铁氢氧化合物的多形体。

这里使用的“六方纤铁矿”（FeO (OH ))是该铁氢氧化合物的多形体。

这里使用的“铁镍矿”Ni₃Fe是一种包含矿物的镍铁。

这里使用的“铁钴矿”（CoFe）为一种包含矿物的铁钴。

此外该磁性纳米粒子的组成CoFe₂O₄或者MnFe₂O₄或者镍或者钴也是有用的。具体选择的主要决定因素取决于合成的难易、它的磁性强度，以及在有些情况下功能化其表面的难易和/或复合或者结合到一特定的受体的难易。

纳米粒子的制备

1.磁性纳米粒子的合成

很多类型的磁性纳米粒子可用于该公开的方法中，并且可以通过多种已知的方式或在这里公开的新方法进行合成。优选为顺磁性纳米粒子，超顺磁性的纳米粒子为最优选的。

超顺磁性的磁铁矿（Fe₃O₄）纳米粒子和超顺磁性的磁铁矿（Fe₃O₄）纳米粒子和/或磁赤铁矿(y-Fe2O3)为优选的超顺磁性纳米粒子的种类。

该纳米粒子可以通过利用一已知的金属前驱物的热分解进行合成，如在C. Barrera, A.P. Herrera, C. Rinaldi, Colloidal dispersions of monodisperse magnetite nanoparticles modified with poly(ethylene glycol). J Colloid Interface，Sci. (2009), vol. 329, pg. 107-113中公开的一样，这里作为参考使用，并作为说明书的一部分，其他的方法为本领域的技术人员所知，或者通过以下公开的新型方法获得。

合成超顺磁性纳米粒子的方法为，在稳定配体表面活性剂存在的情况下的热分解，同稳定配体表面活性剂一起共沉淀或者不共沉淀。

该纳米粒子的直径在约1nm 和约500nm 之间，优选的为1到50nm 之间，最优选的为1到20nm。

该纳米粒子，比如超顺磁性的氧化铁纳米粒子，可以用高温的方法获得，比如在一种作为表面活性剂的稳定剂存在的情况下，热分解一种金属前驱物。表面活性剂如油酸和/或油胺有助于防止纳米粒子的结块，同时可在合成过程中控制其增长。

金属前驱物包括，但不限于，羰基和乙酰丙酮化物的复合物（Fe(CO)₅ 和Fe(acac)3）。

热分解反应可在惰性气氛下发生。在热分解之后，升高温度，采用三甲胺氧化物（(CH₃)₃NO）进行轻度氧化。

其它的合成技术可用于根据需要改性纳米粒子，例如，共沉淀、微乳化，和热液合成。

公开的一种共沉淀法可在实施例4中见到。可在稳定配体表面活性剂存在的情况下使用该方法。

一种共沉淀法已被用于合成超顺磁性铁氧化物纳米粒子，其中，FeCl₂和FeCl₃的溶液在水中混合，并加入1M的NH₄OH。立即形成了一黑色的沉淀，并且，该反应从室温到37℃，反应1小时。将纳米粒子倒出在一永久磁铁上，或者用离心分离纳米粒子。采用DI水将该纳米粒子清洗3-5次。溶液中没有用到稳定剂，纳米粒子是裸露的。裸露的磁性纳米粒子用DLS和TEM表征。

共沉淀合成方程式如下：

Fe ²⁺ + 2Fe ³⁺ + 8OH^- → Fe₃O₄ + 4H₂O

选择反应条件用来产生1到500nm的粒度范围的粒子，优选的为1到50nm，最优选的为从1到20nm。

在替换实施例中，优选的包括其它的金属比如Co²⁺ 或者 Mn²⁺，用来生成CoFe₂O₄或者MnFe₂O₄超顺磁性纳米粒子。

在特定的实施例中，使用不同类型的和/或大小的纳米粒子的混合物。在这种方式中，不同的靶分子或者有相同的靶分子的不同的复合物可同时从液体中移除。

在合成后，该纳米粒子优选的为单分散的，以便进一步的处理，并且具有较高的比表面。表面活性剂的加入促进了悬浮液的稳定。

2.纳米粒子的表面功能化

该磁性纳米粒子可像这样用，或者用一涂层表面功能化。该磁性纳米粒子可被涂敷用以提高对具体目标的专一性和/或亲和力。

右旋糖酐、糖、PEG、PEG-OH、其他改性的PEG基团、聚乙烯醇、金、叠氮化物、羧基、活性碳、沸石、氨基、聚丙烯酸、电荷聚合物，或者其他可用作表面功能化改性的物质。

在特定的实施例，为了将硒酸盐吸附到磁性纳米粒子上，PEG-OH 被用作一表面功能化的涂层。PEG-OH 用来吸附硒酸盐，然而，仍然保持了铁氧化物纳米粒子的单分散性，具有较高的比表面，以达到更大的每一材料结合的硒酸盐量。

在特定的实施例中，聚丙烯酸被用作一表面功能化的涂层，用于将钠吸附在磁性纳米粒子上。聚丙烯酸用来吸附钠，然而，仍然保持了氧化铁纳米粒子的单分散性，允具有较高的比表面，以达到更大的每一材料结合的钠的量。

其他人已经尝试着将聚丙烯酸连接到纳米粒子上，但是，这里的方法使用了一Chen et al. 没有用到的过渡的氨基连接物。

3.结合一部分功能化的纳米粒子

该磁性纳米粒子可这样使用，或者涂敷和/或与一特定的受体目标相复合。该磁性纳米粒子可被涂敷，用以提高对具体目标的专一性和/或亲和力，或者用以促进该磁性纳米粒子同特定受体目标的复合的能力。

该涂层/连结物可为聚醚。聚醚是双或者多功能的化合物，其具有多于一个***基团，如和聚丙二醇。冠醚为其他的适用于所描述的工艺的低分子量聚醚的例子。

关于Na 和Cl 的受体，大环的结构是可接受的。

聚乙二醇（PEG）一般指寡聚物和分子量低于20000g/mol的聚合物，聚环氧乙烷(PEO )聚合物的分子量大于20000g/mol ，并且POE 的分子量为任意。聚丙二醇的(PPG )仲醇羟基比伯醇羟基的反应性要低，但也可使用。有反应性羟基的任意分子量的聚乙烯醇也可使用。

大部分的PEGs是多分散的，它们包括分子量分布的一系列分子。优选的聚醚是PEG ，其平均分子量为400-2400Mw。

在目前的方法中，其他的双或者多功能的基团可以涂层/连结物的形式起作用。

）氨基连接

磁性纳米粒子可用氨基功能化，这个在下文所述的新型方法中提到，这是基于在C. Barrera ，A.P. Herrera ，C. Rinaldi ，Colloidal dispersions of monodisperse magnetite nanoparticles modified with poly(ethylene glycol). J Colloid Interface Sci. (2009), vol. 329, pg. 107-113中公开的方法。

不用mPEG -COOH ，而用3-氨丙基-三乙氧基甲硅烷，用以形成硅烷-聚乙二醇，并且用硅烷-聚乙二醇同纳米粒子反应，该改善的方法使用硅烷结合并且仅仅用3-氨丙基-三乙氧基甲硅烷同它反应，用以形成可同受体反应的氨基连接纳米粒子。

纳米粒子也可为通过在强烈搅拌下，与（3-氨丙基）-三乙氧基硅烷、甲苯，和乙酸反应从而与氨基连接。将产物倒出，并且用甲苯洗涤，在真空中干燥。

磁性纳米粒子（24mg）溶解于26ml的甲苯中。0.55ml的（3-氨丙基）-三乙氧基甲硅烷溶解于0.5ml的甲苯中，并被加到该粒子溶液中。然后加入3.6μL的乙酸，在室温下强烈摇振溶液72小时。72小时以后，从摇振器中取出该粒子。并且倒在一永久磁铁上。用甲苯洗涤该磁性纳米粒子，随后在干燥器中干燥。

以上的方法产生了一氨基连接8nm 的磁性纳米粒子，纳米粒子的大小、形状以及磁性是统一的（参见图7和14的原理图描述。这些图并没有显示一致性，但是表明了氨基的存在。大小、形状和磁性的一致性可以在第一步的纳米粒子合成中看到，纳米粒子的合成在用氨基交换表面之前，被用作核心。那些图为5、6、23）。以上的改性的方法已经成功的产生其他的结合应用。

）连接酰胺的离子受体

在一与脱盐作用相关的特定实施例中，产生的氨基功能化的磁性纳米粒子与合成的可选择性的与钠阳离子和氯阴离子相结合的离子受体产生网络交联。该离子受体有一辅助官能团，如可和磁性纳米粒子的氨基结合的羧酸基团，形成肽键。

其它的连结也可利用叠氮化物、硫醇、酯，等。最后的形成的结合的磁性纳米粒子能够在水溶液中选择性的与粒子结合，参看图1、2、13和15）。因此，当被加到一水溶液中，比如盐水中，该离子受体将和离子结合，并且一外加磁场可从溶液中将结合的纳米复合物提取出来。

该离子受体由大环结构组成，包括化合物或者冠醚。该大环能够结合到氯离子上，以及冠醚会结合钠离子。多功能基团的受体也可利用。

尽管图中显示的是酰胺连接的离子对受体，其它的连结物也可被用来连接多功能或者多于一种以上的受体到表面功能化的纳米粒子，包括，以非限制性示例的方式，硅氧烷、顺丁烯二酰亚胺、二巯基化物、酯，以及其他的连接物。

基于酰胺连接的阳离子受体和三嗪铆栓的阴离子受体的双功能化的纳米粒子

单个的离子受体单独的与带有酰胺键的磁性纳米粒子相连接作为阳离子受体，或与三嗪铆栓连接作为阴离子受体。在这个结合技术中，磁性纳米粒子通过氨基和叠氮化物阴离子被功能化，形成酰胺连接到钠阳离子受体上或者形成三嗪铆栓连接到氯离子受体上（图13）。

受体可直接连接到功能化的磁性纳米粒子上，或者两端改性的聚乙二醇（PEG）间隔物（参见下面的方法D）将磁性纳米粒子连接到单独的受体上（图15A和B）。PEG间隔物是优选的，因为它们在水中具有有益的可溶性特点，减少的非特定的结合，提高的稳定性，以及更好的单分散性。

单独阳离子和阴离子受体能够分别选择性的结合到钠和氯上。该钠阳离子受体由冠醚组成，该氯阴离子受体由一大环结构组成。相似的单离子受体能结合到以其它的阳离子和阴离子上，比如钾、氯，或者已经合成的氟化物。

间隔物连接磁性纳米粒子到离子受体

磁性纳米粒子可直接连接到离子受体上，或者可通过可变长度的PEG间隔物连接。由于在溶液中具有有益的可溶性特点，减少的非特定的结合，提高的稳定性，以及更好的单分散性，PEG间隔物被用来涂敷纳米粒子。

PEG链的最适合长度减少了包覆密度的复杂度，并且最优化了水化能。不同的PEG链的长度为4-24个单元（18.1 Å -108.6 Å）或者基于特定受体的更长链。

一种可能的PEG连接磁性纳米粒子的例子为通过羧基-PEG-氨基PEG化试剂进行PEG化。如图15A和B，该羧基-PEG-氨基通过肽键结合到磁性纳米表面的氨基，肽键处于PEG一端的羧基和磁性纳米粒子的氨基之间。该PEG化的磁性纳米粒子由附着于PEG链上的磁性纳米粒子组成，PEG链的未结合的末端上有氨基。该氨基附着于该PEG链的尾端，作为对改性的羧基终端离子对多个受体或者单个离子受体的结合部位。

以上实施例利用羧基-PEG -氨基PEG化试剂作为间隔物，其为许多改性的PEG间隔物的其中一个，其他的基团也可被加到PEG链的末尾以实现最佳的连接。

图15B说明了可能的具有长度变化的两个离子受体终端和甲基终端的PEG链的双PEG化的磁性纳米粒子。这种双PEG化的方已经被发现，用来提高在水溶液中的溶解度，减少非特定结合，以及促进最佳的包覆密度。

在其他的实施例中，该纳米粒子被结合到一结合分子上，结合分子对一种或多种特定的靶分子有选择性，比如，分析物、阳离子、阴离子，和/或分子。该特异性结合分子基于待结合的目标选择。

在一个典型的方法中，该磁性纳米粒子经过超声处理，并且通过在强烈搅拌下，与(3-氨丙基）-三乙氧基甲硅烷、甲苯、乙酸反应和氨基连接。结合的代表性的条件为15℃到30℃的温度，优选的为17.5到25℃，反应时间为48到90小时，优选的为60到80小时。

表面活性剂可被用来合成该磁性纳米粒子，如聚乙二醇（PEG）或者黄金，以及使用的没有与受体复合的磁性纳米粒子，或如本发明的进一步实施例中，该磁性纳米粒子可附着于一受体，受体对选定的目标或多个目标具有特异性。

不同的基团可用来使磁性纳米粒子表面功能化，包括PEG、黄金、氨基、羧基、硫醇、叠氮化物，或者其它的连结物。

合成的受体然后结合到磁性纳米粒子的表面（图1、2、13和15）。为单独的分析物的单个受体或者为两个或者多个不同分析物的多个特定受体被复合/结合到磁性纳米粒子上。对在相同磁性纳米粒子上的两个或更多个单种受体的使用也在说明书的公开范围内。

不同的连结物可被用来将单功能化或者多功能化的受体连接到表面功能化的纳米粒子的表面，包括，非限制性的例子，硅氧烷、顺丁烯二酰亚胺、二巯基化物，或者可被直接结合到磁性纳米粒子上的受体。

在结合步骤中间采用DLS、TGA、TEM、SEM、AFM、Zeta电位、FTIR，以及SQUID 磁力测定进行表征。功能化的纳米粒子大小、形状、材料以及磁特性是最优化的。

倒出最终结合的磁性纳米粒子，并用甲苯洗涤，真空干燥。

该胺连接的纳米粒子产品可用FTIR表征。

）功能化的纳米粒子结合到特定受体

本发明的一个实施例，可用于从盐溶液中清除氯离子，通过将该羧基化的氯受体同1-乙基3-[3-二甲基氨丙基]二亚胺碳氢氯（EDC）以及SulfoNHS 反应或者不带电的NHS反应，一羧基化的氯受体被转化为氨基-反应性的N-hydroxysulfosuccin1mlde（Sulfo -NHS ）酯， 并且在强力混合的条件下，反应10到30分钟。

利用二硫苏糖醇（DTT）淬灭该反应。得到的氨基活性氯受体然后与氨基连接的磁性纳米粒子混合，在15到30℃的温度下，优选的为17.5到25℃，反应时间为75到150分钟，优选的为100到135分钟。

得到的功能化的磁性纳米粒子结合到氯受体上，并用去离子（DI）水清洗，倒出，并且干燥，用于从水溶液中分离/提取氯。

图16-22描述了一种方法，利用磁性纳米粒子或者其它的磁性纳米材料进行水处理的方法，其他的磁性纳米材料功能化到一结合分子，比如受体，受体对水中的特定的分析物，离子和/或分子有选择性。有或者没有表面功能化涂层的纳米粒子也可用来净化水，通过结合分析物、离子，和/或分子到改性的纳米粒子的表面电荷或者结合到裸露的纳米粒子上。当纳米粒子复合物与水中的目标分析物、离子，和/或分子结合，结合到纳米粒子的表面或者功能化的纳米粒子表面，产生结合的纳米粒子复合物。

不用电的强的稀土磁铁或者耗电很少的电磁体提供一电场，吸引该纳米粒子到槽的底部，或者水容器的底部，并且产生了净化水。该方法被重复几次，用来进一步净化水中的目标分析物、离子，和/或分子（图22）。

该纳米粒子是可重复使用的。

这里公开的方法简化了水处理技术并且减少了水处理的能量需要，也减少了盐水及其他的有危害的副产品对环境的影响。这些方法的使用将对环境有一个大的正面的影响。

公开的方法在多种的实施例中，提供了可以同几乎任何分子复合或者结合的纳米粒子，并且从它们所在的液体中将其清除。

通过公开的方法，目标分析物、离子，和/或分子能够从水中提取出来，该公开的方法包括但不限于生物和小分子比如病毒、细菌、抗体、核酸、蛋白质细胞、脂肪酸、氨基酸、碳水化合物、药剂、毒素、杀虫剂及其他有机材料；阴离子比如氟化物、氯、溴化物、硫酸盐、硝酸盐、硒酸盐、铬酸盐、硼酸酯、亚铁氰化物、亚硫酸盐、硫代硫酸盐、磷酸盐(磷)、高氯酸盐、硒化合物；阳离子如钠、钾、钙、镁、锰、铝、镍、铵、铜、铁、锌、锶、镉、银、铅、砷、硒、黄金和铀。该方法不限于所关注的靶向目标，任何的靶向目标利用从公开的受体中选出来的适当受体。

当硒为靶向目标的时候，可为元素形式，如硒酸盐、***盐、硒化物；离子的形式，氧化物形式，在有机化合物中所找到的，如二甲硒、硒代甲硫氨酸、硒代半胱氨酸和甲基硒代半胱氨酸、硒的同位素，或者同其他物质结合的硒。

靶向目标结合

表面功能化的、受体功能化的或者未结合的裸露纳米粒子同包含所关注的靶向目标的液体混合，如此使得靶向分子结合该靶向目标到该磁性纳米粒子上，用以形成靶向目标-纳米粒子复合物。水溶液特别适于该方法。

被处理的液体可经过一预处理步骤，此步骤有一超滤作用/微滤作用，用来除去大分子和任意其他的降低该处理工艺效率的材料。

该靶向目标结合步骤通过简单混合纳米粒子与液体来完成，所用的一段时间足够允许该纳米粒子和靶向目标彼此相互接触并且互相结合。

三种不同类型的纳米粒子：1）表面功能化的纳米粒子；2）受体功能化的纳米粒子；和3）裸露的非功能化的纳米粒子，在环境条件下大体需要一段混合时间，时间的范围为1分钟到72小时，优选的为1min到1hr。

本领域的熟练技术人员需要理解，纳米粒子的相对量以及靶向目标在结合所需要的时间中起了作用，靶向目标越少，溶液越稀释，达到结合的目标就越长。

每升的液体中的纳米粒子的数量取决于液体中靶向目标的数量。

本领域中的熟练技术人员需要理解的是，所用的纳米粒子的数量也随着液体中的靶向目标的量而变。如果液体被靶向目标重度污染，靶向目标同纳米粒子的比例应该为，每份靶向目标对应需要0.01份的纳米粒子，到每份靶向目标对应需要约10，000份的纳米粒子。

如果液体被靶向目标轻度污染，靶向目标同纳米粒子的比例应该为，每份靶向目标对应需要0.01份的纳米粒子，到每份靶向目标对应需要约10，000份的纳米粒子。

连续分离的次数随着污染的程度不同而不同。

分离

一旦该磁性纳米粒子（或者靶向目标分子）同靶向分子相结合，利用一磁场将结合的纳米粒子复合物从液体中分离出来。

用于提取连接的纳米粒子复合物的磁场（以及任意未连接的磁性纳米粒子）可以任意已知的方式提供。该磁场可以通过一个或多个外磁铁产生，所产生的磁通量为约100高斯到约15000高斯，优选的为约100到约60，000高斯，最优选的为约5，000到约30，000高斯。

磁场可以以任意的方式配置，如此使得磁场迫使磁性纳米粒子集中在液体中的一部分区域。在一最优选的实施例中，配置所加的磁场使得纳米粒子集中在盛有含纳米粒子的容器的底部。

虽然任何类型的磁体可被用来产生磁场，但是稀土磁铁、电磁体和/或超导电磁体为优选的提供磁场的方案。在一特别的最优方案中，5000到30000高斯的稀土磁铁被用到。

提取

提取步骤包括通过利用外加磁场以分离该磁性纳米粒子的步骤，该磁性纳米粒子有些或者全部与靶向目标相复合，在液体的剩余部分中。提取的可为批量法或者连续法。

外加磁场可由任意种类的磁体形成，磁体具有足够的磁场强度。不使用电的强的稀土磁铁或者耗电低的电磁体提供一吸引该纳米粒子到特定位置的磁场，其依赖于特定的方法与仪器结构，但是特定的位置的典型是位于包含被纯化的液体的容器底部，并且产生了净化水。

该方法可重复数次以进一步纯化水中的目标分析物、离子，和/或分子（图22）。该纳米粒子可以再生并且重复使用。

在一个典型的有一个槽的实施例中，该液体被放置在一装有搅拌器的混合槽中，该搅拌器可为连续搅拌器、非连续搅拌器、磁性搅拌器，或者其他的混合装置确保纳米粒子和该液体的适度混合。

在混合装置的促进下，功能化的和非功能化的纳米粒子同该污染水混合1到1440分钟，优选的为约15到约200分钟，最优选的为约30到约60分钟。

在一特定的与水的脱盐作用相关的实施例中，利用对氯化钠有高度亲和力的功能化的纳米粒子的方法的脱盐作用性能，该盐溶液与不同数量功能化的磁性氧化铁纳米粒子在不同的小瓶中混合。超声波使得纳米粒子可以形成悬浮液。利用一永久磁铁外加一磁场（~1T），然后该盐连接的分散的纳米粒子从溶液中被分离出来。

一旦放入到磁力分离器中，该溶液变得澄清，而包含纳米粒子的盐沉淀在放置磁体的小瓶的末端。重复该方法，通过收集干净的溶液并且容器再次接触另一容器中的功能化的纳米粒子。

最后，该干净的溶液（产品为水）被收集并被分析，性能参数包括（i）在干净的产品水中的氯化钠的浓度（盐度）（ii）功能化的纳米粒子结合氯化钠的能力（iii）脱盐效率（iv）该溶液的pH的变化（V）任何有机化合物的存在。

在该水溶液中的钠的浓度通过原子吸收光谱测量或者通过钠探针。通过离子色谱法或者氯探针分析水中的氯的初始&最后浓度。水的盐度通过电导率标准量度来决定，电导率通过一电导率计测量。

图16-22为使用该公开的方法的设计的用于脱盐的例子。

对于大规模的应用，可用如图22的流程图。该方法包括串联的连续搅拌槽（给水用泵送到搅拌反应器中）。

该功能化的纳米粒子被连续不断的加到反应器中，其取决于需要处理的水的体积。在槽充满水后，搅拌器开动，出口阀关闭。一旦反应达到平衡，将施加一磁场，优选的利用设置在反应器底部的一永久磁铁实现，反应器槽1有一个开放的出口阀。该纳米粒子将集中在槽的底部。在重力作用下或者在低压泵作用下，水流向下一个串联的反应器。

一相似的改进的批量法过程可在串联的反应器中使用。串联的数量取决于产品水的盐度要求。为了评价该方法的效果，在每个步骤，利用电导率计测量水中的氯化钠的浓度。

在处理之后，被结合的氯化钠将洗涤出纳米粒子，然后纳米粒子继续被重复使用。

在另一个实施例，一取决于磁体的大小的磁力可变的永久磁铁位于槽的附近，在一磁屏蔽笼中，磁屏蔽笼限制过度磁场从笼中出来。在充分的平衡混合后，磁屏蔽的隔离盖被移开，并且外加磁场将纳米粒子吸引到混合槽的底部或者其他部分。

在一多槽的批量法中，一个或多个混合槽连接到一提取槽中。该混合槽逐一地连接到该提取槽。当每一混合槽达到平衡，它连接到提取槽中。

在提取槽中的停留时间比在混合槽中的停留时间短很多。典型的停留时间为1到30分钟，优选的为约2到约15分钟，最优选的为约3到约10分钟。

在一连续法的一个实施例中，该纳米粒子同液体在一多管的反应器中混合，反应器有长度可变的挡板，挡板引起管道中的紊流，因此使得纳米粒子和该靶向目标密切接触。管的长度以及穿过管的流速被约束，使得在管进入具有足够磁力强度的磁场前，纳米粒子与靶向分子有充分的结合时间，以从液体中分离该粒子。该液体自顶部开口的容器被倒出，并且该磁化目标结合的纳米粒子连续不断的从容器的底部被移出。

一连续法的替换实施例中利用逆流直立反应器，其中，当流过反应器时，未经处理的液体到达结合平衡，流出物被磁场分离，其中，靶向目标结合的纳米粒子被自重或者其他的方式分离。

一连续法的替换实施例中利用一个带有泵的混合槽，其中，未经处理的液体到达结合平衡，纳米粒子被一磁场分离。借助于两个低压水泵，该净水流到净水槽。该纳米粒子被洗涤用于重新使用并且在外磁场的作用下与清洁液分离。清洁液然后被泵送至废水槽。净水槽中的水可被泵送回混合槽中，这样就可以多次循环进行水净化。废水也可被泵送回至混合槽，用于再利用，因而减少了使用的废水的量。

在混合槽之间的电磁体或者永久磁铁以及其他的槽可被用来捕集可能从槽中流出的不需要的纳米粒子来减少污染。

该槽和磁力分离的步骤用的管道是由如下材料组成，如聚合物或者非磁性金属，其不会与磁力分离相干扰。

再生与净化

该剩余液体无污染，其在自重、泵的推动，或者其他的推动力的作用下被集中在净水槽。

该磁屏蔽笼盖被盖回到磁体上，并且清洁液如2.0M的NaOH 、HCl ，或者其它的清洁液，同该纳米粒子在混合槽中混合，混合是利用搅拌器搅拌1分钟到24小时。当充分平衡后，该磁屏蔽盖被再一次移开，纳米粒子从槽的底部倒出，剩下的废水由清洁液和离子、分子，或者其它的从水源水中移除的污染物组成。该废水被集中在废水槽中，使用相似的方法如清水槽收集清水那样。该纳米粒子备用于再使用，该方法从如下时刻开始，即污染水从源头经过一预处理过程，并且被集中在混合槽中，其中，它同槽中的纳米粒子相混合（图16-19）。

在特定的实施例中，稀土磁铁和/或电磁体被用来提供外磁场。在另一个优化的实施例中，可用一超导电磁体。

在特定实施例中，该水处理方法包括使用超滤作用/微滤作用进行预处理以移除大分子和生物物质的源头污染水。该水然后被装入设有搅拌器的混合槽中。在特定实施例中的该搅拌器可为连续搅拌器、非连续搅拌器、磁性搅拌器，或者搅拌器。在搅拌器的促进下，功能化的或者非功能化的纳米粒子同该污染水相混合，混合的时间为1分钟到几个小时。在特定的实施例中，该槽由非磁性材料组成，如聚合物或者无磁性的金属。

一永久磁铁，其可变的磁力取决与磁体的大小和位置，例如，在槽下，一个磁屏蔽笼限制过度磁场从笼中逸出。在充分的平衡混合后，磁屏蔽的析离盖被移开，并且外加磁场将纳米粒子吸引到混合槽的底部或者其他部分。

该剩余液体无污染，其在自重、泵的推动，或者其他的推动力的作用下被集中在清水槽。

该磁屏蔽笼盖被盖回到磁体上，并且清洁液如2.0M的NaOH 、HCl ，或者其它的洗涤液，同该纳米粒子在混合槽中混合，混合是利用搅拌器搅拌1分钟到24小时。

当充分平衡后，该磁屏蔽盖被再一次移开，纳米粒子从槽的底部倒出，剩下的废水由洗涤液和离子、分子，或者其它的从水源水中移除的污染物组成。该废水被集中在废水槽中，使用相似的方法如清水槽收集清水那样。

该纳米粒子备用于再使用，该方法从如下时刻开始，即污染水从源头经过一预处理过程，并且被集中在混合槽中，其中，它同槽中的纳米粒子相混合（图16-22）。

实施例 1

利用功能化的超顺磁性铁氧化物纳米粒子去除溶液中的氯。

磁性纳米粒子的合成：

在这个例子中，合成超顺磁性氧化铁(磁铁矿)纳米粒子。合成包括在作为表面活性剂的稳定剂存在的情况下一种金属前驱物的热分解。该精确的合成结合铁（Ⅲ）乙酰丙酮化物、二苄醚、1,2-十六烷二醇、油酸以及油胺，在氩气下混合，在150℃下加热1小时，随后在300℃下加热2小时使其增长。该产品用乙醇洗涤，并且倒出在永久磁铁上。得到的纳米粒子经过过滤，然后在甲苯的悬浮液中利用动态光散射（DLS）、透射电镜（TEM）进行表征（图5A-6）。在这个例子中，化合物的比率和数量为20ml二苄醚、0.706gFe (acac )3、2.58g的1,2-十六烷二醇、1.89ml的油酸，以及1.97ml的油胺。

纳米粒子的结合：

该纳米粒子被结合到一结合分子上，结合分子对一个或多个具体靶向分子有选择性，如分析物、阳离子、阴离子，和/或分子。该特定的结合分子被选择，基于相连接的靶向目标。

在这个例子中，磁铁矿纳米粒子被超声处理，并且其连接的胺与（3-氨丙基）-三乙氧基甲硅烷、甲苯，和乙酸在强力搅拌下反应72小时。氨基连接的纳米粒子用傅立叶红外光谱（FTIR）表征（图7）。一羧基化的氯受体被转化为氨基反应性的N-hydroxysulfosuccin1mlde（Sulfo-NHS ）酯，在强力混合下，通过将羧基化氯受体同1-乙基3-[3-二甲基氨基丙基]二亚胺碳氢氯（EDC）以及SulfoNHS 反应或者不带电的NHS反应15分钟。利用二硫苏糖醇（DTT）淬灭该反应。得到的氨基活性氯受体然后与氨基连接的磁性纳米粒子混合2小时。得到的功能化的磁性纳米粒子结合到氯受体上，并用去离子（DI）水清洗，轻轻倒出，并且干燥，用于从水溶液中分离/提取氯。

其中使用材料的和比率为氨基连接，为24mg 的溶解在26ml甲苯中的磁铁矿纳米粒子，0.55ml的（3-氨丙基）-三乙氧基甲硅烷，和3.6pL的乙酸。

分离 / 提取：

结合的或者非结合的纳米粒子同水混合，如此使得该靶向分子，如高氯酸盐、硒、钠，或者氯被该磁性纳米粒子结合，形成结合的纳米粒子复合物。一旦该磁性纳米粒子(或者靶向结合分子）结合了靶向分子，利用磁场将该结合的磁性纳米粒子复合物从水中分离。

稀土磁铁和/或电磁体提供磁场用来提取结合的纳米粒子复合物（以及任何未结合的磁性纳米粒子）。

一种带有氯的已知浓度的水溶液同一已知的带有氯受体的功能化的或非功能化的超顺磁性铁氧化物纳米粒子相混合。该混合物溶液平衡的时间超过40分钟。该磁性纳米粒子通过一永久磁铁被轻轻倒出，剩下净化溶液。利用一校准的离子选择氯电极、电导率计，和/或离子色谱测量该清洁的流出溶液的氯浓度。

根据以下方程式确定结合量：

[chloride ion]_b=[chloride ion]_initial-[chloride ion]_final

BC = [salt ion]_b/C_d

其中[chloride ion]_initial与[chloride ion]_final为初始的和最后的补给水溶液中的氯离子浓度（mg /L）。C_d是溶液中的纳米粒子的浓度（g/L）。BC 是结合量，即溶液中每克的纳米粒子结合的氯离子毫克数。

该功能化的磁性纳米粒子的可重复使用性由以下方法确定，即利用0.2M的NaOH 溶液将功能化的纳米粒子上结合的氯洗涤脱附下来，洗涤时间为1到15分钟，该功能化的纳米粒子如此恢复的，经过磁性吸引倒出，并且用相似的方法进一步用去离子水洗涤。再生的功能化的纳米粒子被再次用于氯的结合。功能化的磁性纳米粒子的氯结合量为62到66mg/g，再生的功能化的纳米粒子有一相似的结合量，表明该功能化的磁性纳米粒子再用性的成功（图9）。功能化的纳米粒子的结合量可与离子交换树脂对氯离子的结合量相比，所述的氯离子需要从废水中移除。

氯的连续移除，从1000mg /L的起始浓度到0.01mg /L的最后浓度，此过程使用30mg 的带有氯受体的功能化的纳米粒子（图10），连续进行6次实验即可完成。每次进行的实验用的10ml的溶液，由带有Nacl的去离子水组成。结合量约为每克的纳米材料结合62mg 的氯，并且由于后来的实验进行，其中的氯浓度非常小（图11），其结合量变小了。在第一次运行时，效率较低，大约为23%，并且由于纳米粒子和氯离子浓度的比率的上升（图12），效率上升。随着较大的浓度和数量，结合能力与效率预计会更高。

实施例 2

利用功能化的超顺磁性铁氧化物纳米粒子去除溶液中的钠。

磁性纳米粒子的合成：

在这个例子中，超顺磁性氧化铁(磁铁矿)纳米粒子被合成。合成包括在作为表面活性剂的稳定剂存在的情况下一种金属前驱物的热分解。该精确的合成结合铁（Ⅲ）乙酰丙酮化物、二苄醚、1,2-十六烷二醇、油酸以及油胺，在氩气下混合，在150℃下加热1小时，随后在300℃下加热2小时使其增长。该产品用乙醇洗涤，并且倒出在永久磁铁上。得到的纳米粒子经过过滤，然后在甲苯的悬浮液中利用DLS、TEM进行表征（图5A-6）。在这个例子中，化合物的比率和数量为20ml二苄醚、0.706gFe (acac )3、2.58g的1,2-十六烷二醇、1.89ml的油酸，以及1.97ml的油胺。

纳米粒子的表面功能化：

利用一电荷聚合物对纳米粒子进行表面功能化，电荷聚合物修饰纳米粒子的表面使其选择性的结合一个或多个特定的靶向目标分子，比如分析物、阳离子、阴离子，和/或分子。该表面功能化也提供了纳米粒子的单分散性，其比表面增大，这样其表面可以结合更多的离子。比表面的功能化的选择，基于其结合的靶向目标。

在这个例子中，磁铁矿纳米粒子被超声处理，并且其连接的氨基与（3-氨丙基）-三乙氧基甲硅烷、甲苯，和乙酸在强力搅拌下反应72小时。氨基连接的纳米粒子用FTIR表征（图7）。聚丙烯酸涂敷磁性纳米粒子的表面，通过将Mw～100,000的聚丙烯酸同磁性纳米粒子，l-乙基-3-[3-二甲基氨丙基]二亚胺碳氢氯(EDC )相混合，在强力搅拌下反应30分钟。得到的磁铁矿纳米粒子表面用聚丙烯酸功能化，并用去离子（DI)水洗涤，轻轻倒出，并干燥，用于分离/提取水中的阳离子如钠。

其中使用材料的和比率为氨基连接，为24mg 的溶解在26ml甲苯中的磁铁矿纳米粒子，0.55ml的（3-氨丙基）-三乙氧基甲硅烷，和3.6μL的乙酸。

利用丙烯酸进行表面功能化，使用材料的数量为100mg的氨基连接纳米粒子，2.5ml的PAA 溶液，其中，水中有35%的M_w～100000与19.122mg的EDC。

实施例 3 ：

使用PEG-OH表面功能化的超顺磁性铁氧化物纳米粒子去除水溶液中的硒酸盐。

磁性纳米粒子的合成：

在这个例子中，超顺磁性氧化铁(磁铁矿)纳米粒子被合成。合成包括在作为表面活性剂的稳定剂存在的情况下一种金属前驱物的热分解。该精确的合成结合铁（Ⅲ）乙酰丙酮化物、二苄醚、1,2-十六烷二醇、油酸以及油胺，在氩气下混合，在150℃下加热1小时，随后在300℃下加热2小时使其增长。该产品用乙醇洗涤，并且倒出在永久磁铁上。得到的纳米粒子经过过滤，然后在甲苯的悬浮液中利用动态光散射（DLS）、透射电镜（TEM）进行表征（图5A-6）。在这个例子中，化合物的比率和数量为20ml二苄醚、0.706gFe (acac)3、2.58g的1,2-十六烷二醇、1.89ml的油酸，以及1.97ml的油胺。

纳米粒子的表面功能化

使用带有羟基的聚乙二醇（OH-PEG）修饰纳米粒子的表面，使其选择性的结合一个或多个具体靶向目标分子。比如分析物、阳离子、阴离子，和/或分子。该表面功能化也提供了纳米粒子的单分散性，其比表面增大，这样其表面可以结合更多的离子。比表面的功能化的选择，基于其结合的靶向目标。

在这个例子中，用悬浮于甲苯中的油酸和油胺合成磁铁矿纳米粒子，并进行超声处理，同乙酸和聚乙二醇相混合，聚乙二醇在末端均含有羧基和羟基（OH-PEG-COOH ）。该混合物在搅动下混合72小时，然后，混合物被轻轻倒出，并用甲苯洗涤，真空干燥。羧基同羟基在氧化铁纳米粒子的表面形成一结合键，置换了纳米粒子表面的油酸，并且交联OH-PEG -COOH 。得到的纳米粒子的表面用PEG功能化，PEG的末端有一个OH。利用傅立叶红外光谱（FTIR）来表征表面连接PEG -OH 的纳米粒子（图8）。

其中使用材料的数量和比率，对于PEG-OH 表面功能化，为20mg 的磁铁矿纳米粒子溶解于20ml的甲苯中，20mg的OH-PEG4-COOH溶解于10ml 的甲苯，与3μL的乙酸。

实施例 4 ：

利用裸露的超顺磁性铁氧化物纳米粒子去除水溶液中的硒酸盐。

裸露的超顺磁性纳米粒子的合成：

采用共沉淀法合成超顺磁性纳米粒子， FeCl₂和FeCl₃的溶液在水中混合，反应从室温到37℃，反应1小时。纳米粒子倒出在一永久磁铁上，或者用离心分离纳米粒子。该纳米粒子用去离子水清洗3-5次。溶液中没有用到稳定剂，并且纳米粒子是裸露的。裸露的磁性纳米粒子用DLS表征。

共沉淀合成方程式如下：

Fe²⁺ + 2Fe³⁺ + 8OH^- →Fe₃O₄ + 4H₂O

实施例 5 ：

所有的四个实施例的分离/提取

结合了配体的受体、表面功能化，或者裸露的纳米粒子同水相混合，如此使得该靶向分子，比如高氯酸盐、硒、钠，或者氯被磁性纳米粒子结合，形成结合的纳米粒子复合物。一旦该磁性纳米粒子（或者靶向目标分子）结合该靶向分子，利用磁场将该结合的纳米粒子复合物从水中分离。

稀土磁铁和/或电磁体提供磁场，用来提取结合的纳米粒子复合物（以及任何未结合的磁性纳米粒子）。

一已知浓度的带有离子水溶液，如钠、氯，或者硒酸盐离子的水溶液同结合到受体上的超顺磁性铁氧化物纳米粒子相混合，用PAA或者PEG进行表面功能化，或纳米粒子为裸露的。混合物溶液充分的平衡，平衡时间超过40分钟。通过永久磁铁，该磁性纳米粒子轻轻倒出，留下一纯化的溶液。利用校准离子选择电极、电导率计、质谱、离子色谱检测干净的流出物的离子浓度，并用EPA200.8方法进行硒酸盐检测。结合量由以下的方程式确定：

1. [ion]b = [ion]initial - [ion]final

2.BC = [salt ion]_b/C_d

其中，[ion]initial和[ion]final为初始的和最后的补给水溶液中的氯离子浓度（mg /L）。C_d是溶液中的纳米粒子的浓度（g/L）。BC 是结合量，即溶液中每克的纳米粒子结合的离子毫克数。

该结合受体、表面功能化的，和裸露的磁性纳米粒子的可再用性通过分别脱附掉纳米粒子上结合的离子来确定，可使用氢氧化钠、盐酸，或者硝酸洗涤脱附，洗涤时间为1到15分钟。该纳米粒子如此恢复的，经过磁性吸引倒出，并且用相似的方法进一步用去离子水洗涤。再生的功能化的纳米粒子被再次用于离子的结合。0.2M的NaOH 和/或HCl 被分别用来从氯结合受体连接的纳米粒子和PAA表面功能化的纳米粒子脱附氯和钠。

功能化的磁性纳米粒子的氯结合量为62到66mg/g，再生的功能化的纳米粒子有一相似的结合量，表明该功能化的磁性纳米粒子再用性的成功（图9）。功能化的纳米粒子的结合量可与离子交换树脂对氯离子的结合量相比，所述的氯离子需要从废水中移除。

氯的连续移除，从1000mg /L的起始浓度到0.01mg /L的最后浓度，此过程使用30mg 的带有氯受体的功能化的纳米粒子（图10），连续进行6次实验即可完成。每次进行的实验用的10ml的溶液，由带有Nacl的去离子水组成。结合量约为每克的纳米材料结合62mg 的氯，并且由于后来的实验进行，其中的氯浓度非常小（图11），其结合量变小了。在第一次运行时，效率较低，大约为23%，并且由于纳米粒子和氯离子浓度的比率的上升（图12），效率上升。随着较大的浓度和数量，结合能力与效率预计会更高。

实施例 6

利用表面功能化的和裸露的氧化铁纳米粒子去除硒酸盐

第一阶段

15mg的PEG-OH 表面功能化的氧化铁纳米粒子加入到15ml的锥形瓶。5ml的234.6μg/L的Na₂SeO₄加入到小瓶中，小瓶中的物质有超过72小时的时间平衡。

该15ml小瓶置于磁体上，这样，纳米粒子被吸引下来。3ml的溶液被移出，并且被放入一“新”的15ml锥形瓶中。这个“新”的小瓶置于一场强为6485高斯的永久磁体上，直到粒子被吸引下来，大约需5分钟。这个“新”瓶中的溶液加入到50ml锥形瓶中装有的45ml的去离子水中。

第二阶段

原始小瓶包含剩余硒酸盐溶液。通过加入一稀释的NaOH溶液（通过加入0.015g的NaOH 到45ml的去离子水中）到PEG-OH 功能化的纳米粒子，然后经过三个用去离子水洗涤的步骤，这个剩余硒酸盐溶液被除去。2μL的NaOH溶液为按照如上方法，通过在5ml的去离子水中加入氢氧化钠。这个量与NaOH的量相似，当硒离子结合到纳米粒子上。

5ml的234.6μg/LNa₂SeO₄溶液加入到洗涤过的PEG-OH 功能化的纳米粒子，并且有72小时的时间平衡。15ml锥形瓶置于一场强为6485高斯的永久磁体上，磁体将粒子吸引下来。3ml的硒酸盐溶液被移入“新”的15ml的锥形瓶中。这个”新“小瓶置于该磁体上5分钟，使得粒子被吸引下来。1ml的硒酸盐溶液被移出并被置于50ml锥形瓶中所装的45ml的去离子水中。

处理过的试样中的硒的浓度通过标准方法利用ICP-MS 来分析，所述标准方法为EPA 200.8。ICP-MS 的仪器检测限为0.0004mg /l（ppm）。

实施例 7

利用共沉淀合成表面功能化的氧化铁纳米粒子

半乳糖功能化的氧化铁纳米粒子，右旋糖酐/半乳糖功能化的氧化铁纳米粒子，各自的比率分别为0.2：1到2：1，并且裸露的氧化铁纳米粒子无表面功能化或者制备稳定剂。

4.4ml的FeCl₂/FeCl₃通过塑料移液管加入到50ml锥形瓶中，锥形瓶中包含40ml的IM 的NH₄OH以及必要的稳定剂（半乳糖、右旋糖酐/半乳糖）。制备裸露的氧化铁纳米粒子无需稳定剂。

FeCl₂/FeCl₃ 的质量比为1:2.8。

物质	FeCl2/FeCl3（ml）	右旋糖酐(g)	半乳糖(g)
				FeO-半乳糖	4.4	0	0.406
FeO 0.2:1 右旋糖酐:半乳糖	4.4	0.396	2.002
				FeO 2:1 右旋糖酐:半乳糖	4.4	4	1.999
裸露的FeO	4.4	0	0

物质置于振荡器中振荡大约1小时。温度从环境温度到37℃。

物质置于5000rpm的离心机中离心5分钟。浮在表面的被倒掉，并且用去离子水洗涤物质。这个过程被重复4次。少量物质被转移至cyro管中，放在旋转蒸发器上快干。

实施例 8

利用表面功能化的纳米粒子和裸露的氧化铁纳米粒子除去硒酸盐

15mg (+/-3mg )的各种的表面功能化的纳米粒子和裸露的氧化铁纳米粒子加入到15ml锥形瓶中。3ml的782μg/L的Na₂SeO₄被加入到小瓶中。物质被涡旋/超声处理，并且置于一振荡器中，过夜。

15ml锥形瓶置于一磁场强度为6485高斯的永久磁铁上，直到纳米粒子被吸引下来，这个过程大约5分钟。2ml的溶液被移出，并被置入“新”的15ml的锥形瓶。这个“新”的小瓶置于磁体上， 直到粒子被吸引下来。该“新”锥形瓶中的1ml 的溶液置入50ml锥形瓶中装有的45ml 去离子水中。

通过以下手段分析处理的试样中的硒的浓度，即标准方法EPA 200.8，使用ICP -MS仪器。该仪器的检测极限为0.0004mg /L(ppm )。

结果在图24-28中显示。

遍及该详细说明，本文的引用可为公众所得。对于本领域的熟练技术人员，本发明的方法和对应的纳米粒子以及受体可用不同改进方法得到，而这些方法没有离开本发明的精神。因此，本发明的保护范围覆盖本发明和所述的实施例以及相应的改进。提供的例子为本发明的实施例，而不是构成对本发明的任何限制。

Claims (10)

1.一种从包含靶向目标部分的液体中去除靶向目标部分的方法，包括

a）将一定量磁性纳米粒子同液体结合；

b）使得磁性纳米粒子同靶向目标形成一复合物；

c）使包含磁性纳米粒子-靶向目标复合物的液体置于一磁场中，如此使得磁性纳米粒子-靶向目标复合物被析出至液体的一部分；

d）将液体分离成不包含该磁性纳米粒子-靶向目标复合物的第一个部分与包含该磁性纳米粒子-靶向目标复合物的第二个部分；并且

e）通过用碱或酸溶液洗涤该磁性纳米粒子-靶向目标复合物，使靶向目标从该磁性纳米粒子-靶向目标复合物中释放出来；

其中所述磁性纳米粒子的尺寸在1 nm到500 nm的范围内；

其中可以使用步骤a）到e）重复处理不包含该磁性纳米粒子-靶向目标复合物的第一个部分一次或多次；以及

洗涤过的磁性纳米粒子可以在步骤a）到e）中重复使用。

2.根据权利要求1所述的一种从包含靶向目标部分的液体中去除靶向目标部分的方法，其中所述的液体包括水。

3.根据权利要求1所述的一种从包含靶向目标部分的液体中去除靶向目标部分的方法，其中靶向目标部分包括硒或者包含硒的化合物。

4.根据权利要求1所述的一种从包含靶向目标部分的液体中去除靶向目标部分的方法，其中该磁性纳米粒子为超顺磁性或者顺磁性的。

5.根据权利要求1所述的一种从包含靶向目标部分的液体中去除靶向目标部分的方法，其中该磁性纳米粒子是合成了油酸和油胺的磁铁矿纳米粒子，然后用聚乙二醇对其进行表面功能化得到的。

6.根据权利要求1所述的一种从包含靶向目标部分的液体中去除靶向目标部分的方法，其中所述的靶向目标部分为氯离子。

7.根据权利要求1所述的一种从包含靶向目标部分的液体中去除靶向目标部分的方法，其中：所述的靶向目标部分为钠离子。

8.根据权利要求1所述的一种从包含靶向目标部分的液体中去除靶向目标部分的方法，其中与液体结合之前，通过加入表面活性剂到磁性纳米粒子表面将其进行表面功能化。

9.根据权利要求1所述的一种从包含靶向目标部分的液体中去除靶向目标部分的方法，其中该磁性纳米粒子用从包含以下物质的组中选出的物质进行功能化，即右旋糖酐、糖、聚乙二醇、羟基改性的聚乙二醇、改性的聚烷撑二醇、聚乙烯醇、黄金、叠氮化物、羧基、活性碳、沸石、氨基、聚丙烯酸、电荷聚合物、聚醚、聚二醇、冠醚、聚丙烯酸、大环，以及它们的组合。

10.一种将包含在液体中的需分离的靶向目标移至该液体的一部分的方法，包括

a）将一定量的磁性纳米粒子同该液体结合；

b）使得磁性纳米粒子同该靶向目标部分形成一复合物；

c）将该液体置于一磁场中，如此使得该磁性纳米粒子-靶向目标复合物析出到该液体中的一部分；并且

d）通过用碱或酸溶液洗涤该磁性纳米粒子-靶向目标复合物，使靶向目标从该磁性纳米粒子-靶向目标复合物中释放出来；

其中所述磁性纳米粒子的尺寸在1 nm到500 nm的范围内；

其中可以使用步骤a）到d）重复处理不包含该磁性纳米粒子-靶向目标复合物部分一次或多次；以及

洗涤过的磁性纳米粒子可以在步骤a）到d）中重复使用。