绿色合成纳米Fe3O4的改性及用于水中氨氮和磷的去除

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利用植物提取液绿色合成磁性纳米材料具有过程环境友好、操作简单、成本低廉和可大规模生产等优点而备受关注。然而纳米Fe3O4具有较高的表面能极易团聚使其反应活性降低从而制约其应用。本研究通过在桉树叶提取液(EL)绿色合成纳米Fe3O4(EL-MNP)过程中分别加入阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)对EL-MNP进行表面改性,考察不同表面活性剂对调控EL-MNP分散性和稳定性的影响。表征结果表明制备得到的纳米颗粒形貌统一,为近球形,EL-MNP,EL-MNP@CTAB,EL-MNP@SDS的平均粒径分别约为~180n、~90nm、~60nm.通过实验发现EL-MNP@CTAB对磷酸盐的去除效果,对10 mg/L含磷溶液的去除率可达97.3%,同时pH的耐受范围最大。去除机理为以配体交换的化学吸附为主,同时存在CTA+与溶液中带负电的磷酸盐离子之间的静电吸附作用,以及绿色合成Fe3O4表面的生物分子层中含有的-COOH、酚羟基等活性基团与磷酸盐离子间可能产生的氢键作用。此外,为解决EL-MNP和EL-MNP@cTAB难以同时去除NH4+-PO43复合污染的问题,使用沸石作为载体制备沸石负载绿色合成纳米Fe3O4(EL-MNP@zeolite),在20℃条件下EL-MNP@zeolite对NH4+和PO43-的去除率分别为43.32%和99.84%。EL-MNP@zeolite对NH4+和PO43-的同步去除在pH介于4-10的溶液中效果稳定,且常温更有利于NH4+和P043-的同步去除。说明改性不仅可以改善绿色合成纳米Fe3O4的分散性和稳定性,还可以提高绿色合成纳米Fe3O4对NH4+PO43-复合污染的去除效果。此外,本研究利用表面改性调控绿色合成纳米Fe3O4的性能及其对复合污染物的去除也为绿色纳米技术从基础研究到应用研究的发展提供了新思路。
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