一种磁性纳米吸附剂、制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供一种磁性纳米吸附剂、制备方法及其应用，磁性纳米吸附剂包括磁性疏水纳米颗粒和磁性亲水纳米颗粒；磁性亲水纳米颗粒的浓度不小于亲水性微塑料浓度的1/50；磁性亲水纳米颗粒的浓度不小于疏水性微塑料浓度的1/50；磁性疏水纳米颗粒包括四氧化三铁纳米粒子和包裹于四氧化三铁纳米粒子外部的R1基团，R1基团为疏水基团，R1基团选自苯基硅氧烷、烯基硅氧烷、溴基硅氧烷、环烷基硅氧烷和氰基硅氧烷中的至少一种；磁性亲水纳米颗粒包括四氧化三铁纳米粒子和包裹于四氧化三铁纳米粒子外部的R2基团，R2基团为亲水基团，R2基团选自氨基硅氧烷和氮基硅氧烷中的至少一种。本发明专利技术对水体中的亲水性微塑料和疏水性微塑料均可达到吸附效果。吸附效果。吸附效果。

【技术实现步骤摘要】
一种磁性纳米吸附剂、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属水处理
，具体涉及一种磁性纳米吸附剂、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]“微塑料”这一概念是由英国学者理查德
·
C
·
汤普森首次提出，学者们通常将微塑料定义为尺寸小于5mm的塑料碎片。随着塑料产品的大量排放，微塑料在全球范围内均被检出，甚至在人体的血液、胎盘和尿液中均有微塑料的检出。微塑料在环境中容易受到风化和紫外辐射作用从而被“老化”，使表面结构、化学成分和电性发生改变，更容易吸附环境中的有机污染物和重金属等，增加了微塑料的环境毒性。
[0003]近些年来，国内外大量学者对水环境中微塑料的去除进行了探讨，目前常用的方法包括光降解法、高级氧化法、生物降解发、膜过滤法和吸附法。光降解法和高级氧化法是利用紫外光或臭氧等条件在催化剂作用下将微塑料完全矿化为二氧化碳和水的方法，该方法所需的经济成本较高，操作较难，且在运行过程中可能产生二次污染，难以工艺化应用。生物降解法是微生物利用微塑料作为碳源进而降解微塑料，但其降解速率较慢，同时环境中微塑料吸附的污染物可能对生物的生长有抑制作用。膜过滤法虽然能过滤截流大部分微塑料颗粒，但随着其使用时间的增长，可能发生膜堵塞的现象。吸附法是环境污染治理中常用的方法，但传统的吸附剂具有吸附性能低、难以回收重复利用等缺点。此外，在实际环境中，微塑料通常被氧化，使得其表面带有多种含氧官能团，转变为亲水性微塑料颗粒，而在现有技术中只局限地考虑了疏水性的微塑料颗粒的去除，而缺乏对亲水性微塑料颗粒去除的探讨。因此，迫切需要一种技术，能够从水环境中高效、稳定、清洁以及可循环利用地去除微塑料。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种磁性纳米吸附剂，对水体中的亲水性微塑料和疏水性微塑料均可达到吸附效果，起到高效、清洁去除微塑料的作用。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]本专利技术提供一种磁性纳米吸附剂，包括磁性疏水纳米颗粒和磁性亲水纳米颗粒；所述磁性纳米吸附剂用于加入带有微塑料的水体中，所述微塑料包括亲水性微塑料和疏水性微塑料；所述磁性亲水纳米颗粒在水体中的浓度不小于所述亲水性微塑料浓度的1/50；所述磁性亲水纳米颗粒在水体中的浓度不小于疏水性微塑料浓度的1/50；所述磁性疏水纳米颗粒包括四氧化三铁纳米粒子和包裹于四氧化三铁纳米粒子外部的R1基团，所述R1基团为疏水基团，所述R1基团选自苯基硅氧烷、烯基硅氧烷、溴基硅氧烷、环烷基硅氧烷和氰基硅氧烷中的至少一种；所述磁性亲水纳米颗粒包括四氧化三铁纳米粒子和包裹于四氧化三铁纳米粒子外部的R2基团，所述R2基团为亲水基团，所述R2基团选自氨基硅氧烷和氮基硅氧烷中的至少一种。
[0007]本专利技术提供一种磁性纳米吸附剂，考虑到水体中疏水性微塑料以及老化后的亲水性微塑料，选择合适的疏水基团和亲水基团分别吸附疏水性微塑料和亲水性微塑料，根据水体中疏水性微塑料和亲水性微塑料的浓度，调整磁性疏水纳米颗粒和磁性亲水纳米颗粒的浓度，从而对水体中疏水性微塑料和亲水性微塑料进行吸附；由于所述磁性纳米吸附剂具有磁性，可通过外加磁场对磁性纳米吸附剂与水体分离，避免对水体造成二次污染。本专利技术提供的磁性纳米吸附剂，对水体中的亲水性微塑料和疏水性微塑料均可达到吸附效果，起到高效、清洁去除微塑料的作用。
[0008]进一步，所述R1基团选自苯乙基硅氧烷、乙烯基硅氧烷、溴丙基硅氧烷、环戊基硅氧烷和氰基乙基硅氧烷中的至少一种；所述R2基团选自氨基丙基硅氧烷和氮基
‑
氨基乙基
‑
氨基丙基硅氧烷中的至少一种。选择合适的亲水基团和疏水基团包裹于四氧化三铁外部，以具备亲水效果及疏水效果，对水体中的亲水性微塑料和疏水性微塑料进行全面清除。
[0009]进一步，所述磁性疏水纳米颗粒和所述磁性亲水纳米颗粒的粒径均为200
‑
500nm。合适粒径的所述磁性疏水纳米颗粒和所述磁性亲水纳米颗粒可吸附于表面积较大的微塑料上。
[0010]进一步，所述R1基团为三甲氧基(2
‑
苯乙基)硅烷基；所述R2基团为3
‑
氨丙基三甲氧基硅烷基。选择特定的R1基团和R2基团，使R1基团的疏水性能和R2基团的亲水性能更佳，以提供对亲水性微塑料和疏水性微塑料更好的吸附作用力。
[0011]本专利技术还提供一种制备上述的磁性纳米吸附剂的制备方法，包括以下步骤：制备四氧化三铁纳米粒子；向四氧化三铁纳米颗粒中加入异丙醇、氨水和去离子水，混合均匀后，滴加所述带有R1基团的反应物，反应得到磁性疏水纳米颗粒；其中，每100
‑
150mg四氧化三铁纳米颗粒对应滴加1
‑
3mL所述带有R1基团的反应物；向四氧化三铁纳米颗粒中加入甲醇、氨水和去离子水，混合均匀后，滴加所述带有R2基团的反应物，反应得到磁性亲水纳米颗粒；其中，每100
‑
150mg四氧化三铁纳米颗粒对应1
‑
3mL所述带有R2基团的反应物；将所述磁性疏水纳米颗粒与所述磁性亲水纳米颗粒混合。
[0012]本专利技术所述的磁性纳米吸附剂的制备方法，在四氧化三铁纳米粒子外部包裹R1基团或R2基团，再将磁性疏水纳米颗粒与所述磁性亲水纳米颗粒混合，操作简便，以达到对水体中的亲水性微塑料和疏水性微塑料进行全面清除的效果。选择合适的投料，避免R1基团和R2基团过少导致反应效率低，也避免R1基团和R2基团过量造成投料浪费且给清洗反应产物造成困难。
[0013]进一步，所述带有R1基团的反应物选自三甲氧基(2
‑
苯乙基)硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、(3
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溴丙基)三甲氧基硅烷、环戊基三乙氧基硅烷和2
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氰基乙基三乙氧基硅烷中的至少一种；所述带有R2基团的反应物选自(3
‑
氨基丙基)三甲氧基硅烷和N
‑
(2
‑
氨基乙基)
‑3‑
氨基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。此为一种具体实施方式，选择合适的反应物，以将对应的疏水基团或亲水基团接枝于四氧化三铁外部，起到良好的吸附微塑料的效果。
[0014]进一步，向四氧化三铁纳米颗粒中加入异丙醇、氨水和去离子水，混合均匀后，滴加所述带有R1基团的反应物，反应得到磁性疏水纳米颗粒的步骤中，每100mg四氧化三铁纳米颗粒对应加入80mL异丙醇、1mL氨水和5mL去离子水；向四氧化三铁纳米颗粒中加入异丙醇、氨水和去离子水，混合均匀后，滴加所述带有R2基团的反应物，反应得到磁性亲水纳米颗粒的步骤中，每100mg四氧化三铁纳米颗粒对应加入80mL异丙醇、1mL氨水和5mL去离子
水。在四氧化三铁纳米粒子外部接枝R1基团时，异丙醇作为溶剂为四氧化三铁纳米颗粒和所述带有R1基团的反应物提供反应环境，氨水提供碱性环境，去离子水的作用是使带有R1基团的反应物在去离子水中发生水解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁性纳米吸附剂，其特征在于：包括磁性疏水纳米颗粒和磁性亲水纳米颗粒混合；所述磁性纳米吸附剂用于加入带有微塑料的水体中，所述微塑料包括亲水性微塑料和疏水性微塑料；所述磁性亲水纳米颗粒在水体中的浓度不小于所述亲水性微塑料浓度的1/50；所述磁性亲水纳米颗粒在水体中的浓度不小于疏水性微塑料浓度的1/50；所述磁性疏水纳米颗粒包括四氧化三铁纳米粒子和包裹于四氧化三铁纳米粒子外部的R1基团，所述R1基团为疏水基团，所述R1基团选自苯基硅氧烷、烯基硅氧烷、溴基硅氧烷、环烷基硅氧烷和氰基硅氧烷中的至少一种；所述磁性亲水纳米颗粒包括四氧化三铁纳米粒子和包裹于四氧化三铁纳米粒子外部的R2基团，所述R2基团为亲水基团，所述R2基团选自氨基硅氧烷和氮基硅氧烷中的至少一种。2.根据权利要求1所述的磁性纳米吸附剂，其特征在于：所述R1基团选自苯乙基硅氧烷、乙烯基硅氧烷、溴丙基硅氧烷、环戊基硅氧烷和氰基乙基硅氧烷中的至少一种；所述R2基团选自氨基丙基硅氧烷和氮基
‑
氨基乙基
‑
氨基丙基硅氧烷中的至少一种。3.根据权利要求2所述的磁性纳米吸附剂，其特征在于：所述磁性疏水纳米颗粒和所述磁性亲水纳米颗粒的粒径均为200
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500nm。4.根据权利要求2所述的磁性纳米吸附剂，其特征在于：所述R1基团为三甲氧基(2
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苯乙基)硅烷基；所述R2基团为3
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氨丙基三甲氧基硅烷基。5.一种制备权利要求1
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4任一项所述的磁性纳米吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制备四氧化三铁纳米粒子；向四氧化三铁纳米颗粒中加入异丙醇、氨水和去离子水，混合均匀后，滴加所述带有R1基团的反应物，反应得到磁性疏水纳米颗粒；其中，每100
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150mg四氧化三铁纳米颗粒对应滴加1
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3mL所述带有R1基团的反应物；向四氧化三铁纳米颗粒中加入异丙醇、氨水和去离子水，混合均匀后，滴加所述带有R2基团的反应物，反应得到磁性亲水纳米颗粒；其中，每100
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150mg四氧化三铁纳米颗粒对应1
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3mL所述带有R2基团的反应物；将所述磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡宴朋，游鑫，林霄峰，谭倩，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：