CN107570116A - 一种吸附水体中抗生素的磁性MOFs吸附材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种吸附水体中抗生素的磁性MOFs吸附材料,该材料的制备过程包括:磁性Fe3O4颗粒的制备,SiO2@Fe3O4磁性载体的制备,磁性MOFs吸附材料UiO‑66@SiO2@Fe3O4的制备。有益效果为:该发明将磁性载体添加到MOFs前体溶液中,从而形成磁性MOFs吸附材料,该材料对于水体中的抗生素具有良好的吸附性能,且具有一定的超顺磁性,在吸附剂的分离、回收以及循环重复使用性上具有很大优势;以等离子体技术处理对苯二甲酸,制备的吸附材料具有较高的孔隙率,表面含有大量的羧基基团作为功能基团,大大提高了吸附材料对抗生素的吸附性能。
Description
技术领域
本发明属于环保材料的应用领域,尤其是涉及一种吸附水体中抗生素的磁性MOFs吸附材料。
背景技术
抗生素作为一种新型环境污染物,已经受到了美国、加拿大、欧盟等国家和地区的高度重视,逐渐成为研究热点。临床上喹诺酮类药物用量已超过青霉素类药物,成为第二大抗菌药物,主要以抗生素为主导。根据国内外近年的文献资料,在城市污水、地表水、饮用水、地下水等多种环境介质中都已检测到不同浓度水平的抗生素残留的报道。抗生素残留所引起的环境风险主要有以下三个方面:(1)提高微生物抗药性,间接影响人类的健康;(2)残留在饮用水中的抗生素对人体器官组织的直接损伤,导致机体免疫能力下降以及引起过敏反应等;(3)抗生素的残留对整个生态环境所产生的潜在影响。
现有技术如申请公布号为CN 106423064 A的中国发明专利申请,公开了一种镁改性的生物质及其应用,该申请以生物质和硫酸镁溶液为原料制得吸附剂,该吸附剂对抗生素具有一定的吸附效果,但该吸附剂回收过程繁琐,循环使用性差,且吸附性能有待提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种吸附水体中抗生素的磁性MOFs吸附材料,所制备的吸附材料不仅可以有效去除水体中的抗生素,且易于从水体中分离回收,实现重复利用。
本发明针对背景技术中提到的问题,采取的技术方案为:一种吸附水体中抗生素的磁性MOFs吸附材料,该材料的制备包括磁性Fe3O4颗粒的制备,SiO2@Fe3O4磁性载体的制备,磁性MOFs吸附材料UiO-66@SiO2@Fe3O4的制备。方法合理,操作简单,制备的磁性MOFs吸附材料具有优良的抗水抗酸性能,使用范围广,大大提高了吸附材料的经济价值。
作为优选,磁性Fe3O4颗粒的制备过程中,向400-420份乙二醇中加入10-11份FeCl3·6H2O、30-32份醋酸钠以及30-35份聚乙烯吡咯烷酮,搅拌6-8h,将混合液转移至不锈钢晶化釜,在200-205℃,400r/min下搅拌,冷却至室温,分离,洗涤,真空干燥得磁性Fe3O4颗粒。该条件下制备的Fe3O4为均匀的球形颗粒,超顺磁性强,在无外加磁场的作用下,颗粒本身之间的作用力很小,在水体中的分散性能良好,而在外加磁场作用下,会迅速聚集,易于从水体中分离。
作为优选,SiO2@Fe3O4磁性载体的制备过程中,取0.1-0.15份磁性Fe3O4颗粒,加入64-70份乙醇、20-23份去离子水以及1-1.3份氨水,超声30-35min,再加入30-32份正硅酸乙酯,在室温下搅拌6-7h,分离,真空干燥得SiO2@Fe3O4磁性载体。该条件下,裸露的磁性Fe3O4颗粒会包覆SiO2壳层,降低磁性颗粒的表面能,减少磁性颗粒的团聚。
作为优选,磁性MOFs吸附材料UiO-66@SiO2@Fe3O4的制备过程中,向9-10份二甲基甲酰胺中加入2-2.15份SiO2@Fe3O4磁性载体和0.3-0.35份ZrCl4,在频率30-35kHz下超声40-50min,再加入0.32-0.38份对苯二甲酸,搅拌4-5h,将反应液置于120℃下恒温保持40-43h,冷却至室温后过滤去除溶剂,用二甲基甲酰胺和甲醇清洗沉淀,80℃干燥过夜得磁性MOFs吸附材料UiO-66@SiO2@Fe3O4。将SiO2@Fe3O4磁性载体与MOFs材料反应制备的磁性MOFs吸附材料UiO-66@SiO2@Fe3O4,不仅具有良好的吸附性能,且具有一定的超顺磁性,在吸附剂的分离、回收以及循环重复使用性上具有很大优势。
作为优选,磁性MOFs吸附材料UiO-66@SiO2@Fe3O4的制备过程中,在反应前将对苯二甲酸送入等离子体处理机内,停留3-5min。等离子体由介质阻挡电极放电产生,介质为环氧树脂板,电压为20-25kV。等离子体含有电子、离子、激发态原子、亚稳态原子、自由基等高活性物质,这些物质引起了对苯二甲酸羧基氧活性和共价键键能的改变,增强了Zr6八面体次级结构单元与对苯二甲酸配体间的结合力,使制备的MOFs材料热稳定性更高,抗水抗酸性能更好,提高了吸附材料的使用范围;制备的吸附材料具有较高的孔隙率和超高的比表面积,表面含有大量的羧基基团作为功能基团,大大提高了吸附材料对抗生素的吸附性能。
与现有技术相比,本发明的优点在于:本发明将磁性载体添加到MOFs前体溶液中,磁性颗粒附着在MOFs表面从而形成磁性MOFs吸附材料,该材料对于水体中的抗生素具有良好的吸附性能,且具有一定的超顺磁性,在吸附剂的分离、回收以及循环重复使用性上具有很大优势;以等离子体技术处理对苯二甲酸,制备的吸附材料具有较高的孔隙率和超高的比表面积,表面含有大量的羧基基团作为功能基团,大大提高了吸附材料对抗生素的吸附性能。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明:
实施例1:
一种吸附水体中抗生素的磁性MOFs吸附材料,包括以下步骤:
1)磁性Fe3O4颗粒的制备:向400份乙二醇中加入10份FeCl3·6H2O、30份醋酸钠以及30份聚乙烯吡咯烷酮,搅拌6h,将混合液转移至具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢晶化釜内,在200℃,400r/min下搅拌,冷却至室温,在10000r/min下离心分离10min,用乙醇和去离子水交替洗涤,在60℃下真空干燥12h,得磁性Fe3O4颗粒。该条件下制备的Fe3O4为均匀的球形颗粒,且超顺磁性强,在无外加磁场的作用下,颗粒本身之间的作用力很小,在水体中的分散性能良好,而在外加磁场作用下,会迅速聚集,易于从水体中分离;
2)SiO2@Fe3O4磁性载体的制备:取0.1份磁性Fe3O4颗粒,加入64份乙醇、20份去离子水、1份氨水、0.1份十二胺以及0.1份频哪醇,超声30min,再加入30份正硅酸乙酯,在室温下搅拌6h,在9000r/min下离心分离10min,在60℃下真空干燥得SiO2@Fe3O4磁性载体。该条件下,裸露的磁性Fe3O4颗粒会包覆SiO2壳层,降低磁性颗粒的表面能,减少磁性颗粒的团聚;加入的十二胺、频哪醇与乙醇具有协同作用,促进了磁性Fe3O4颗粒表面对氨水中氢氧根离子的束缚,使正硅酸乙酯的水解聚合尽量发生于颗粒表面,提高了SiO2壳层对颗粒的包覆率,该协同作用机理尚不明确,有待进一步研究;
3)磁性MOFs吸附材料UiO-66@SiO2@Fe3O4的制备:向9份二甲基甲酰胺中加入2份SiO2@Fe3O4磁性载体和0.3份ZrCl4,在频率30kHz下超声40min,再加入0.32份对苯二甲酸,搅拌4h,将反应液置于120℃下恒温保持40h,冷却至室温后过滤去除溶剂,用二甲基甲酰胺和甲醇清洗沉淀,80℃干燥过夜得磁性MOFs吸附材料UiO-66@SiO2@Fe3O4。在反应前将对苯二甲酸送入等离子体处理机内,停留3min。等离子体由介质阻挡电极放电产生,介质为环氧树脂板,电压为20kV。将SiO2@Fe3O4磁性载体与MOFs材料反应制备的磁性MOFs吸附材料UiO-66@SiO2@Fe3O4,不仅具有良好的吸附性能,且具有一定的超顺磁性,在吸附剂的分离、回收以及循环重复使用性上具有很大优势。
实施例2:
一种吸附水体中抗生素的磁性MOFs吸附材料,包括以下步骤:首先为磁性Fe3O4颗粒的制备:向420份乙二醇中加入11份FeCl3·6H2O、32份醋酸钠以及35份聚乙烯吡咯烷酮,搅拌8h,将混合液转移至不锈钢晶化釜,在205℃,400r/min下搅拌,冷却至室温,分离,洗涤,真空干燥得磁性Fe3O4颗粒;接着是SiO2@Fe3O4磁性载体的制备:取0.15份磁性Fe3O4颗粒,加入70份乙醇、23份去离子水、1.3份氨水、0.2份十二胺以及0.2份频哪醇,超声35min,再加入32份正硅酸乙酯,在室温下搅拌7h,分离,真空干燥得SiO2@Fe3O4磁性载体;最后是磁性MOFs吸附材料UiO-66@SiO2@Fe3O4的制备:向10份二甲基甲酰胺中加入2.15份SiO2@Fe3O4磁性载体和0.35份ZrCl4,在频率35kHz下超声50min,再加入0.38份对苯二甲酸,搅拌5h,将反应液置于120℃下恒温保持43h,冷却至室温后过滤去除溶剂,用二甲基甲酰胺和甲醇清洗沉淀,80℃干燥过夜得磁性MOFs吸附材料UiO-66@SiO2@Fe3O4。在反应前将对苯二甲酸送入等离子体处理机内,停留5min。等离子体由介质阻挡电极放电产生,介质为环氧树脂板,电压为25kV。
实施例3:
一种吸附水体中抗生素的磁性MOFs吸附材料,包括以下步骤:首先是磁性Fe3O4颗粒的制备:向410份乙二醇中加入10份FeCl3·6H2O、31份醋酸钠以及33份聚乙烯吡咯烷酮,搅拌7h,将混合液转移至不锈钢晶化釜,在204℃,400r/min下搅拌,冷却至室温,分离,洗涤,真空干燥得磁性Fe3O4颗粒;接着是SiO2@Fe3O4磁性载体的制备:取0.12份磁性Fe3O4颗粒,加入66份乙醇、21份去离子水、1.2份氨水,超声32min,再加入31份正硅酸乙酯,在室温下搅拌6.5h,分离,真空干燥得SiO2@Fe3O4磁性载体;最后是磁性MOFs吸附材料UiO-66@SiO2@Fe3O4的制备:向9.5份二甲基甲酰胺中加入2.12份SiO2@Fe3O4磁性载体和0.33份ZrCl4,在频率35kHz下超声43min,再加入0.36份对苯二甲酸,搅拌4.2h,将反应液置于120℃下恒温保持41h,冷却至室温后过滤去除溶剂,用二甲基甲酰胺和甲醇清洗沉淀,80℃干燥过夜得磁性MOFs吸附材料UiO-66@SiO2@Fe3O4。
将实施例1-3制备的吸附材料与现有吸附材料松果活性炭分别吸附水体中的抗生素,以左氧氟沙星为例,具体过程为:在250mL锥形瓶中加入一定量吸附材料及左氧氟沙星溶液100mL,将其放入水浴恒温振荡器中以150r/min的速度振荡,至预定时间过滤,采用分光光度法测定幷计算左氧氟沙星的吸附率,吸附率的计算公式如下:
η= QUOTE
结果如下表:
吸附材料 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 松果活性炭 |
吸附率(%) | 60 | 42 | 56 | 40 |
由表可知,本发明所制备的吸附材料对水体中左氧氟沙星具有优良的吸附性能,能够有效地去除水体中的左氧氟沙星。
本发明的操作步骤中的常规操作为本领域技术人员所熟知,在此不进行赘述。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明,应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例,并不用于限制本发明,凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种吸附水体中抗生素的磁性MOFs吸附材料,其特征在于:所述材料的制备过程包括磁性Fe3O4颗粒的制备,SiO2@Fe3O4磁性载体的制备,磁性MOFs吸附材料UiO-66@SiO2@Fe3O4的制备。
2.根据权利要求1所述的一种吸附水体中抗生素的磁性MOFs吸附材料,其特征在于:所述SiO2@Fe3O4磁性载体的制备过程为:取0.1-0.15份磁性Fe3O4颗粒,加入64-70份乙醇、20-23份去离子水、1-1.3份氨水,超声混合,再加入30-32份正硅酸乙酯,在室温下搅拌反应,分离,真空干燥得SiO2@Fe3O4磁性载体。
3.根据权利要求1所述的一种吸附水体中抗生素的磁性MOFs吸附材料,其特征在于:所述材料的制备过程为:向9-10份二甲基甲酰胺中加入2-2.15份SiO2@Fe3O4磁性载体和0.3-0.35份ZrCl4,超声,再加入0.32-0.38份对苯二甲酸,搅拌4-5h,将反应液置恒温保持,冷却至室温后过滤去除溶剂,用二甲基甲酰胺和甲醇清洗沉淀,80℃干燥过夜得磁性MOFs吸附材料UiO-66@SiO2@Fe3O4。
4.根据权利要求1所述的一种吸附水体中抗生素的磁性MOFs吸附材料,其特征在于:所述磁性Fe3O4颗粒的制备过程为:向400-420份乙二醇中加入10-11份FeCl3·6H2O、30-32份醋酸钠以及30-35份聚乙烯吡咯烷酮,搅拌6-8h,将混合液转移至不锈钢晶化釜,在200-205℃,400r/min下搅拌,冷却至室温,分离,洗涤,真空干燥得磁性Fe3O4颗粒。
5.根据权利要求2所述的一种吸附水体中抗生素的磁性MOFs吸附材料,其特征在于:所述超声时间为30-35min,反应时间为6-7h。
6.根据权利要求3所述的一种吸附水体中抗生素的磁性MOFs吸附材料,其特征在于:所述反应液在120℃下恒温保持40-43h。
7.根据权利要求3所述的一种吸附水体中抗生素的磁性MOFs吸附材料,其特征在于:所述超声频率为30-35kHz,超声时间为40-50min。
8.根据权利要求3所述的一种吸附水体中抗生素的磁性MOFs吸附材料,其特征在于:所述对苯二甲酸在反应前送入等离子体处理机内,停留3-5min,等离子体由介质阻挡电极放电产生,介质为环氧树脂板,电压为20-25kV。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180112 |