技术领域
[0001] 本
发明属于
水污染控制技术领域,涉及一种有机磷吸附剂的制备方法和利用Urea-Fe3O4@LDH吸附有机磷的方法。
背景技术
[0002] 有机磷(OP)是一类化学物质,根据与中心P
原子相连的官能团不同而具有不同的化学性质,主要包括
除草剂,
杀虫剂,有机磷阻燃剂等,这类物质都是以含有磷原子的有机酯化合物为
基础,具有毒性、
生物积累性和持久性。大多数有机磷使用后仍留在
生态系统中,并可在许多环境介质中检测到,如水、
土壤和大气,直接或间接地对生态环境和人类安全构成了巨大威胁;此外,已经在许多
植物和动物中检测到有机磷,特别是蔬菜、水果、
牛奶等食品中,它们通过人体内的食物链积聚。因此,开发有效的材料是去除水中有机磷的重要挑战。
[0003] 为了从
水体中有效去除有机磷,需要开发具有高效快速吸附能
力的材料。尿素对有机磷污染物具有显着的选择性。尿素作为活性位点的基团通过鉴定P=O吸附有机磷污染物,尿素供体和P=O受体可在反应中形成氢键。在水中,带有尿素衍生基团的吸附剂可以通过NH-CO-NH和P=O之间产生静电吸引或氢键结合,这有利于快速和选择性地去除水中的有机磷污染物。
[0004] 此外,吸附剂的分离和回收是将它们用于去除水和废
水处理中的污染物的另一个重要因素。Fe3O4
磁性纳米粒子具有
生物相容性,无毒,易与水溶液分离的特性。同时
核壳结构被证实是防止Fe3O4聚集和
氧化的有效方法。层状双氢氧化物(LDHs)因其丰富的羟基,非凡的离子交换能力和简单的制备而备受关注。本发明成功制备了Fe3O4@LDH核壳材料和Urea-Fe3O4@LDH,能够高效快速吸附有机磷污染物,并且在反应中表现出良好的分离能力。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种利用Urea-Fe3O4@LDH高效快速吸附有机磷并快速从水中分离的方法。
[0006] 本发明利用共沉淀法和水热法制备磁性核壳结构Fe3O4@LDH,然后利用LDH表面的羟基将尿素官能团负载在Fe3O4@LDH的表面,得到磁性吸附材料Urea-Fe3O4@LDH。该吸附剂表面NH-CO-NH基团具有良好的吸附作用,并且具有
顺磁性,采用磁
铁即能够实现快速简单分离。
[0007] Urea-Fe3O4@LDH的制备方法,包括以下步骤:
[0008] Ⅰ.Fe3O4@LDH的制备:
[0009] (1)将Fe3O4纳米颗粒超声分散在30mL去离子水中,与NaOH和Na2CO3混合均匀;
[0010] (2)在搅拌下滴加15mL Mg(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O混合溶液(Mg2+/Al3+=3/1),搅拌20min,保持pH=10,取出上清液并加入乙二醇,搅拌10min;
[0011] (3)将混合物移入反应釜110℃保持12h;
[0012] (4)将得到的固体洗涤至中性,在60℃下干燥,
研磨过筛得到Fe3O4@LDH粉末。
[0013] Ⅱ.Urea-Fe3O4@LDH的制备:
[0014] (1)将Fe3O4@LDH分散在100mL
乙醇中,加入3-
氨丙基三乙氧基
硅烷,在80℃下回流10h,洗涤干燥后得到NH2-Fe3O4@LDH;
[0015] (2)将得到的材料分散到四氢呋喃中,加入对
甲苯基异氰酸酯,室温下搅拌24h;
[0016] (3)用乙醇和水洗涤,在60℃下干燥,得到Urea-Fe3O4@LDH。
[0017] 进一步的研究上述制备得到的Urea-Fe3O4@LDH在吸附去除水中
磷酸三苯酯上的应用。
[0018] Urea-Fe3O4@LDH吸附磷酸三苯酯的吸附性能研究,磷酸三苯酯浓度为1.9mg/L,称取3mg/L吸附剂Urea-Fe3O4@LDH,搅拌速度为200rpm,吸附时间为6h,吸附完成后利用
磁铁分离,测定剩余溶液中磷酸三苯酯的浓度。
[0019] (1)pH对Urea-Fe3O4@LDH吸附磷酸三苯酯的影响:使用HNO3或NaOH调节pH为3.0-8.0。
[0020] (2)离子强度对Urea-Fe3O4@LDH吸附磷酸三苯酯的影响:利用0.001M,0.01M和0.1M NaNO3模拟离子强度的影响,同时研究在不同pH下NaNO3的影响。
[0021] (3)有机物对Urea-Fe3O4@LDH吸附磷酸三苯酯的影响:腐植酸模拟有机物,腐植酸浓度在0-200mg/L,调节pH=7.5。
[0022] 与
现有技术相比,本发明具有如下优点:
[0023] 本发明以尿素作为官能团,Fe3O4@LDH核壳材料为载体,制备Urea-Fe3O4@LDH吸附磷酸三苯酯,具有快速高效吸附的特性,并且能快速从水中分离。LDH作为壳层材料可以很好地负载官能团,并且减少离子强度对吸附磷酸三苯酯的影响。
附图说明
[0024] 图1为材料Fe3O4,LDH,Fe3O4@LDH和Urea-Fe3O4@LDH的XRD图;
[0025] 图2为
实施例1中材料Fe3O4,LDH,Fe3O4@LDH和Urea-Fe3O4@LDH吸附磷酸三苯酯的去除率;
[0026] 图3为实施例2中Urea-Fe3O4@LDH在不同pH下的吸附量;
[0027] 图4为实施例3中Urea-Fe3O4@LDH在不同离子强度下的吸附量;
[0028] 图5为实施例4中Urea-Fe3O4@LDH去除有机磷污染物乐果。
具体实施方式
[0029] 本发明提供了一种利用制备的吸附剂Urea-Fe3O4@LDH吸附有机磷污染物磷酸三苯酯的应用,下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0030] 实施例1:材料Fe3O4,LDH,Fe3O4@LDH和Urea-Fe3O4@LDH吸附磷酸三苯酯的去除研究[0031] 磷酸三苯酯浓度为1.9mg/L,取溶液500mL置于烧杯中,分别加入3mg/L的Fe3O4,LDH,Fe3O4@LDH和Urea-Fe3O4@LDH,混合均匀,搅拌速度为200rpm,搅拌6h,利用磁铁进行分离,使用高效液相色谱测定溶液中磷酸三苯酯的浓度,并计算得到Urea-Fe3O4@LDH对磷酸三苯酯的去除率。
[0032] Fe3O4,LDH和Fe3O4@LDH去除率约为40%,吸附至少6h达到平衡,同时Urea-Fe3O4@LDH去除率可达90%以上,在2h时内可达平衡。具体如图2所示。
[0033] 实施例2:材料Urea-Fe3O4@LDH去除磷酸三苯酯在不同pH下的吸附性能[0034] 磷酸三苯酯浓度为1.9mg/L,取溶液500mL置于烧杯中,使用HNO3或NaOH调节pH为3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0,称取3mg/L吸附剂Urea-Fe3O4@LDH,搅拌速度为200rpm,吸附时间为6h,吸附完成后利用磁铁分离,并计算得到Urea-Fe3O4@LDH对磷酸三苯酯的吸附量。
[0035] 研究不同pH条件下Urea-Fe3O4@LDH去除TPhP的吸附量。随着pH值从3.0增加到5.5,Urea-Fe3O4@LDH对TPhP的吸附量逐渐增加;pH>5.5时,TPhP的吸附量缓慢降低。具体如图3所示。
[0036] 实施例3:材料Urea-Fe3O4@LDH去除磷酸三苯酯在不同离子强度下的吸附性能[0037] 研究离子强度对Urea-Fe3O4@LDH吸附磷酸三苯酯的影响,磷酸三苯酯浓度为1.9mg/L,取溶液500mL置于烧杯中,使用HNO3或NaOH调节pH,在不同pH下(3.0、4.0、5.0、
6.0、7.0、8.0)加入0.001M,0.01M和0.1M NaNO3,模拟离子强度的影响,同时研究在不同pH下NaNO3的影响。称取3mg/L吸附剂Urea-Fe3O4@LDH,搅拌速度为200rpm,吸附时间为6h,利用磁铁分离,测定剩余溶液中磷酸三苯酯的浓度,计算磷酸三苯酯的吸附量。
[0038] 研究不同离子强度条件下Urea-Fe3O4@LDH对TPhP的吸附量。在未添加离子时,吸附量高,引入NaNO3后,吸附量降低,例如pH=5.时,Urea-Fe3O4@LDH对TPhP的吸附量为550mg/g,当离子强度增加到0.1M时,在相同的pH值条件下,对TPhP吸附量为464mg/L,吸附去除率减小约12%。溶液中NaNO3浓度从0.001M上升至0.1M时,对Urea-Fe3O4@LDH吸附TPhP效率影响较小。在不同pH下变化量均较小。具体如图4所示。
[0039] 实施例4:材料Urea-Fe3O4@LDH去除有机磷
农药乐果的效果研究
[0040] 考察Urea-Fe3O4@LDH吸附有机磷农药乐果的去除率,利用乐果标准溶液配置,浓度为2.0mg/L,称取3mg/L吸附剂Urea-Fe3O4@LDH,搅拌速度为200rpm,吸附时间为6h,利用磁铁分离,测定剩余溶液中乐果的浓度,计算乐果的去除率。
[0041] 研究了Urea-Fe3O4@LDH对乐果的去除率,吸附时间为6h。Urea-Fe3O4@LDH去除率可达到85%,在4h时内完成吸附。具体如图5所示。
[0042] 上述实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。显然,本发明并不局限于所描述的实施例。基于本发明中的实施例,熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化,但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。