CN114280021B - 一种智能磁性铅离子传感器及其制备方法与废水治理中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能磁性铅离子传感器及其制备方法与废水治理中的应用，属于新材料的制备及水体金属离子传感检测技术领域。本发明所述智能磁性铅离子传感器包括还原氧化石墨烯RGO、Fe3O4纳米粒子、Ag纳米粒子和罗丹明B，其中，Fe3O4纳米粒子负载在RGO片层上，Ag纳米粒子包覆在Fe3O4纳米粒子表面，罗丹明B负载在Ag纳米粒子上。本发明制备所得智能磁性传感器，原料来源广，制备过程简便，易于产业化生产；该传感器能够快速实现废水中铅离子的检测，且检测敏感性高，选择性强，同时经检测后的传感器能够利用自身的磁性通过外磁场富集进行循环使用，避免了一次性消耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能磁性铅离子传感器及其制备方法与废水治理中的应用，属于新材料的制备及水体金属离子传感检测技术领域。
背景技术
铅是广泛存在的工业污染物，能够影响人体神经系统、心血管系统、骨骼系统、生殖系统和免疫系统的功能，引起胃肠道、肝肾和脑的疾病。根据美国环境保护署的数据，饮用水中铅的最大允许值为0.01mg/L。因此，设计和制备一种能够在水体中进行快速高效且低浓度Pb2+检测的传感器是众所期望的。
荧光光谱法是许多分析应用程序中的强大光学技术，现已应用于Pb2+检测领域。基于荧光光谱法的Pb2+传感器包括罗丹明、芘、萘二甲酰亚胺、二芘、三联苯和丹磺酰。虽然这些分子传感器已被证明具有足够的灵敏度，但是它们在均相体系中使用时不能分离，去除甚至回收再用。因此，需要开发一种非均相形态的分子传感器来解决这些问题。
将分子传感器负载到亲水性材料上成为主要的方法，所报道的亲水性材料主要有聚合物材料，氧化硅材料(如硅纳米管、介孔二氧化硅)及磁性复合材料(如磁性介孔二氧化硅)等。所报道的研究结果显示，经负载后分子传感器的亲水性能得到了很大的改善，有些还能在检测金属离子的基础上实现选择性吸附清除重金属离子(如介孔二氧化硅)，使分子传感器的应用价值得到了一定的提升。然而有效实现其广泛的实际使用价值还存在一定的挑战，比如一些亲水性载体材料(如介孔二氧化硅、聚合纤维)尺寸较大(>200nm)，表面仍包含金属离子的结合位点，可能会干扰检测，再者在有效清除重金属离子时无法快速分离，需要借助外力(如高速离心)，不利于大规模的分离清除。
与负载不同的是，将小尺寸(<100nm)的生物相亲性纳米粒子作为修饰材料，经后修饰作用对分子传感器进行改性，可有效避免因尺寸较大而暴露出的金属离子结合位点干扰检测。于是乎，生物相亲性贵金属纳米粒子受到了研究者的广泛关注，特别是金、银纳米粒子更是引起了极大的关注，这是因为改性的传感器能通过金、银纳米粒子自身的能量转移和电子转移过程赋予分子传感器独特的荧光淬灭性能，使光化学分子传感器的应用价值进一步提高。然而，在实际应用中，由于这些体系大多制备成本高且均在生物检测领域内使用，不易快速分离或循环再用，因而也未能在环境领域内得到有效的应用。
磁性Fe3O4纳米粒子，由于其具有大的比表面积，特殊的磁性能，低毒性以及原材料易得等优势在环境领域的分离和分析中备受科学工作者的青睐。将小尺寸的功能化生物相亲性磁性Fe3O4纳米粒子作为荧光分子传感器的后修饰材料，不仅制备成本低，而且所构建的磁性纳米传感器集荧光、磁性及纳米结构的物理性质于一体，能够充分优化分子传感器，赋予其循环检测功能及清除回收所检测到的重金属离子的功能，可谓“一石二鸟”。
发明内容
[技术问题]
现有用于检测Pb2+的分子传感器在均相体系使用不能分离，且现有改进的Pb2+纳米传感器大多制备成本高且均在生物检测领域内(pH＝7.2～7.4)使用，不易快速分离或循环再用，因而也未能在环境领域内得到有效的应用。
[技术方案]
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种智能磁性铅离子传感器及其制备方法与废水治理中的应用，本发明的传感器属于一种“OFF-ON”型智能传感器，能够快速实现酸性废水中铅离子的检测，且检测敏感性高，选择性强，同时经检测后的传感器能够利用自身的磁性通过外磁场富集进行循环使用，避免了一次性消耗。
本发明是通过如下技术方案实现的：
本发明首先提供了一种智能磁性铅离子传感器(Fe3O4@Ag-RB/RGO)，所述智能磁性铅离子传感器包括还原氧化石墨烯RGO、Fe3O4纳米粒子、Ag纳米粒子和罗丹明B，其中，Fe3O4纳米粒子负载在RGO片层上，Ag纳米粒子包覆在Fe3O4纳米粒子表面，罗丹明B负载在Ag纳米粒子上。
在本发明的一种实施方式中，所述RGO、Fe3O4纳米粒子、Ag纳米粒子和罗丹明B的质量占比分别为0.24％～6.31％、3.42％～18.04％、9.84％～90.88％、5.46％～86.50％。
在本发明的一种实施方式中，所述Ag纳米粒子包覆在Fe3O4纳米粒子表面指的是Ag纳米粒子包覆在Fe3O4纳米粒子表面形成类似芝麻球的形貌。
在本发明的一种实施方式中，Ag纳米粒子作为荧光淬灭剂，当罗丹明B分子(RB)负载至其表面，其强的荧光消失，故Fe3O4@Ag-RB/RGO传感器本身无荧光，一旦遇到目标金属粒子，RB就会从Fe3O4@Ag-RB/RGO传感器中释放出来，产生强的荧光，故而Fe3O4@Ag-RB/RGO传感器是一种“OFF-ON”型智能磁性传感器。
本发明还提供了上述智能磁性铅离子传感器的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)制备得到Fe3O4/RGO纳米粒子；
(2)将步骤(1)得到的Fe3O4/RGO纳米粒子分散于水中，之后加入AgNO3溶液、水合肼溶液和NaOH溶液，避光下反应一段时间，反应完成后经提纯、洗涤、干燥后得到Fe3O4@Ag/RGO纳米材料；
(3)将步骤(2)中制得的Fe3O4@Ag/RGO纳米材料分散于水中，加入一定浓度的RB水溶液，置于一定温度下反应一段时间后经提纯、洗涤、干燥后得智能磁性铅离子传感器。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)所述Fe3O4/RGO纳米粒子的制备方法如下：采用一步溶剂热法，将FeCl3·6H2O、RGO及NaAc分散于乙二醇和一缩二乙二醇的混合液中，在一定温度下反应一段时间，冷却后使用磁铁将制得的Fe3O4-RGO收集，洗涤，干燥即可。
在本发明的一种实施方式中，所述Fe3O4/RGO纳米粒子的制备方法中，RGO、FeCl3·6H2O和NaAc之间的质量比为(0.02～0.1)：1：(12～22)；所述乙二醇和一缩二乙二醇的体积比为1：0.5～2；所述的一定温度为180～220℃，所述一段时间为6～18h。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)所述Fe3O4/RGO纳米粒子的制备方法如下：量取37.5mL乙二醇、37.5mL一缩二乙二醇于100mL烧杯中，在超声搅拌作用下加入10mg RGO、0.21g FeCl3·6H2O及3.75g NaAc，形成均匀溶液后转入高压反应釜中，于200℃反应8h，反应结束后经磁倾析提纯洗涤、干燥后得到Fe3O4/RGO纳米粒子。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中所述的AgNO3溶液的浓度为20～55mmol/L、水合肼溶液的浓度为0.2～1.2mol/L、NaOH溶液的浓度为0.5～2mol/L。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中AgNO3溶液、水合肼溶液和NaOH溶液的体积比为800:1:1。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)的反应在超声下进行，超声反应温度为25～40℃，反应时间为15～30min。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)中RB水溶液的浓度为0.2～2.5mol/L，反应温度为25～35℃，时间为15～30min。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)中所述反应在恒温振荡箱中进行。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)和(3)中所述提纯优选为磁倾析提纯。
本发明还提供了一种检测废水中铅离子的方法，所述方法利用上述智能磁性铅离子传感器进行检测。
在本发明的一种实施方式中，所述检测的过程为：将智能磁性铅离子传感器加入含铅离子的废水中并振荡，通过荧光监测反应废水中铅的存在与否及存在的含量(与标准曲线对比)。
在本发明的一种实施方式中，经过智能磁性铅离子传感器的传感后，经外磁场固液分离，纳米材料可以进行循环利用。
本发明还提供了上述智能磁性铅离子传感器在废水治理中的应用。
本发明还提供了一种检测废水中铅离子的装置，所述装置包含上述智能磁性铅离子传感器。
在本发明的一种实施方式中，所述装置还包括荧光测定装置。
本发明的有益效果：
(1)将荧光染料RB载到Fe3O4@Ag/RGO的Ag纳米粒子上构筑一种智能传感器Fe3O4@Ag-RB/RGO，Ag作为一种有效的荧光淬灭剂能够很好地淬灭RB的荧光强度，而在检测时一旦遇见Pb2+，RB便从Ag纳米粒子上释放并捕获Pb2+发出荧光。智能磁性Fe3O4@Ag-RB/RGO传感器集荧光、磁性及纳米结构物理性质于一体，能够有效克服现有Pb2+检测技术的缺陷。
(2)本发明中引入Fe3O4纳米粒子能够赋予传感器磁响应性能，使得经检测后的传感器能够利用自身的磁性通过外磁场富集进行循环使用，避免了一次性消耗；
(3)本发明实施方式简单、环保、经济，Fe3O4与RGO通过一步水热法便可得到，Ag的复合也只需要简单的超声过程即能实现。
(4)本发明的Fe3O4@Ag-RB/RGO传感器检测敏感性高且专一性强，在存在其他金属离子的情况下对铅离子的检测不受影响，在含铅离子的废水检测与治理领域内具有很大的应用潜能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为实施例2制备的Fe3O4@Ag-RB/RGO传感器的透射电镜图；
图2为实施例2制备的Fe3O4@Ag-RB/RGO传感器在不同pH环境下自身及检测铅离子时的稳定性情况；
图3为实施例2制备的Fe3O4@Ag-RB/RGO传感器在竞争离子存在下的响应结果图；
图4为实施例2制备的Fe3O4@Ag-RB/RGO传感器的敏感性结果图，其中，(a)表示576nm处的荧光强度随着Pb2+浓度的增加的变化情况，(b)表示在0.1～1ppm的浓度范围内，F/F0值与Pb2+浓度的线性关系；
图5为实施例2制备的Fe3O4@Ag-RB/RGO传感器的循环检测结果图；
图6为对比例1制备的Fe3O4@Ag-RB/RGO传感器的透射电镜图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种智能磁性铅离子传感器(Fe3O4@Ag-RB/RGO)，所述智能磁性铅离子传感器包括还原氧化石墨烯RGO、Fe3O4纳米粒子、Ag纳米粒子和罗丹明B，其中，Fe3O4纳米粒子负载在RGO片层上，Ag纳米粒子包覆在Fe3O4纳米粒子表面，罗丹明B负载在Ag纳米粒子上；所述RGO、Fe3O4纳米粒子、Ag纳米粒子和罗丹明B的质量占比分别为0.24％～6.31％、3.42％～18.04％、9.84％～90.88％、5.46％～86.50％。
其中，所述Ag纳米粒子包覆在Fe3O4纳米粒子表面指的是Ag纳米粒子包覆在Fe3O4纳米粒子表面形成类似芝麻球的形貌。Ag纳米粒子作为荧光淬灭剂，当罗丹明B分子(RB)负载至其表面，其强的荧光消失，故Fe3O4@Ag-RB/RGO传感器本身无荧光，一旦遇到目标金属粒子，RB就会从Fe3O4@Ag-RB/RGO传感器中释放出来，产生强的荧光，故而Fe3O4@Ag-RB/RGO传感器是一种“OFF-ON”型智能磁性传感器。
上述一种智能磁性铅离子传感器Fe3O4@Ag-RB/RGO通过后续实施例的方法制备得到。
实施例1：Fe3O4@Ag-RB/RGO传感器的制备
量取37.5mL乙二醇、37.5mL一缩二乙二醇于100mL烧杯中，在超声搅拌作用下加入10mg RGO、0.21g FeCl3·6H2O及3.75g NaAc，形成均匀溶液后转入高压反应釜中，于200℃反应8h，反应结束后经磁倾析提纯洗涤、干燥后得到Fe3O4/RGO纳米粒子；
将制得的Fe3O4/RGO纳米粒子经超声分散于10mL去离子水中，分散均匀后加入80mL浓度为20mmol/L的AgNO3溶液、0.1mL浓度为0.9mol/L的水合肼溶液，以及0.1mL浓度为1mol/L的NaOH溶液，避光下，30℃超声反应20min，反应完成后经磁倾析提纯洗涤、干燥后得到Fe3O4@Ag/RGO纳米材料；
将上述的Fe3O4@Ag/RGO纳米材料经超声分散于10mL去离子水中，加入1mL浓度为1mol/L的RB水溶液，置于25℃恒温振荡箱中反应20min后经磁倾析提纯洗涤、干燥后得智能磁性传感器Fe3O4@Ag-RB/RGO。
实施例2：Fe3O4@Ag-RB/RGO传感器的制备
量取37.5mL乙二醇、37.5mL一缩二乙二醇于100mL烧杯中，在超声搅拌作用下加入10mg RGO、0.21g FeCl3·6H2O及3.75g NaAc，形成均匀溶液后转入高压反应釜中，于200℃反应8h，反应结束后经磁倾析提纯洗涤、干燥后得到Fe3O4/RGO纳米粒子；
将制得的Fe3O4/RGO纳米粒子经超声分散于10mL去离子水中，分散均匀后加入80mL浓度为47mmol/L的AgNO3溶液、0.1mL浓度为0.9mol/L的水合肼溶液，以及0.1mL浓度为1mol/L的NaOH溶液，避光下，30℃超声反应20min，反应完成后经磁倾析提纯洗涤、干燥后得到Fe3O4@Ag/RGO纳米材料；
将上述的Fe3O4@Ag/RGO纳米材料经超声分散于10mL去离子水中，加入1mL浓度为1mol/L的RB水溶液，置于25℃恒温振荡箱中反应20min后经磁倾析提纯洗涤、干燥后得智能磁性传感器Fe3O4@Ag-RB/RGO。
实施例3：Fe3O4@Ag-RB/RGO传感器的制备
量取37.5mL乙二醇、37.5mL一缩二乙二醇于100mL烧杯中，在超声搅拌作用下加入10mg RGO、0.21g FeCl3·6H2O及3.75g NaAc，形成均匀溶液后转入高压反应釜中，于200℃反应8h，反应结束后经磁倾析提纯洗涤、干燥后得到Fe3O4/RGO纳米粒子；
将制得的Fe3O4/RGO纳米粒子经超声分散于10mL去离子水中，分散均匀后加入80mL浓度为55mmol/L的AgNO3溶液、0.1mL浓度为0.9mol/L的水合肼溶液，以及0.1mL浓度为1mol/L的NaOH溶液，避光下，30℃超声反应20min，反应完成后经磁倾析提纯洗涤、干燥后得到Fe3O4@Ag/RGO纳米材料；
将上述的Fe3O4@Ag/RGO纳米材料经超声分散于10mL去离子水中，加入1mL浓度为1mol/L的RB水溶液，置于25℃恒温振荡箱中反应20min后经磁倾析提纯洗涤、干燥后得智能磁性传感器Fe3O4@Ag-RB/RGO。
实施例4：Fe3O4@Ag-RB/RGO传感器的制备
量取37.5mL乙二醇、37.5mL一缩二乙二醇于100mL烧杯中，在超声搅拌作用下加入10mg RGO、0.21g FeCl3·6H2O及3.75g NaAc，形成均匀溶液后转入高压反应釜中，于200℃反应8h，反应结束后经磁倾析提纯洗涤、干燥后得到Fe3O4/RGO纳米粒子；
将制得的Fe3O4/RGO纳米粒子经超声分散于10mL去离子水中，分散均匀后加入80mL浓度为30mmol/L的AgNO3溶液、0.1mL浓度为0.9mol/L的水合肼溶液，以及0.1mL浓度为1mol/L的NaOH溶液，避光下，30℃超声反应20min，反应完成后经磁倾析提纯洗涤、干燥后得到Fe3O4@Ag/RGO纳米材料；
将上述的Fe3O4@Ag/RGO纳米材料经超声分散于10mL去离子水中，加入1mL浓度为2.5mol/L的RB水溶液，置于25℃恒温振荡箱中反应20min后经磁倾析提纯洗涤、干燥后得智能磁性传感器Fe3O4@Ag-RB/RGO。
实施例5：Fe3O4@Ag-RB/RGO传感器的制备
量取37.5mL乙二醇、37.5mL一缩二乙二醇于100mL烧杯中，在超声搅拌作用下加入10mg RGO、0.21g FeCl3·6H2O及3.75g NaAc，形成均匀溶液后转入高压反应釜中，于200℃反应8h，反应结束后经磁倾析提纯洗涤、干燥后得到Fe3O4/RGO纳米粒子；
将制得的Fe3O4/RGO纳米粒子经超声分散于10mL去离子水中，分散均匀后加入80mL浓度为47mmol/L的AgNO3溶液、0.1mL浓度为0.9mol/L的水合肼溶液，以及0.1mL浓度为1mol/L的NaOH溶液，避光下，30℃超声反应20min，反应完成后经磁倾析提纯洗涤、干燥后得到Fe3O4@Ag/RGO纳米材料；
将上述的Fe3O4@Ag/RGO纳米材料经超声分散于10mL去离子水中，加入1mL浓度为0.2mol/L的RB水溶液，置于25℃恒温振荡箱中反应20min后经磁倾析提纯洗涤、干燥后得智能磁性传感器Fe3O4@Ag-RB/RGO。
实施例6：Fe3O4@Ag-RB/RGO传感器的制备
量取37.5mL乙二醇、37.5mL一缩二乙二醇于100mL烧杯中，在超声搅拌作用下加入10mg RGO、0.21g FeCl3·6H2O及3.75g NaAc，形成均匀溶液后转入高压反应釜中，于200℃反应8h，反应结束后经磁倾析提纯洗涤、干燥后得到Fe3O4/RGO纳米粒子；
将制得的Fe3O4/RGO纳米粒子经超声分散于10mL去离子水中，分散均匀后加入80mL浓度为40mmol/L的AgNO3溶液、0.1mL浓度为1.2mol/L的水合肼溶液，以及0.1mL浓度为2mol/L的NaOH溶液，避光下，30℃超声反应20min，反应完成后经磁倾析提纯洗涤、干燥后得到Fe3O4@Ag/RGO纳米材料；
将上述的Fe3O4@Ag/RGO纳米材料经超声分散于10mL去离子水中，加入1mL浓度为1mol/L的RB水溶液，置于25℃恒温振荡箱中反应20min后经磁倾析提纯洗涤、干燥后得智能磁性传感器Fe3O4@Ag-RB/RGO。
测试例1
将上述实施例2制备的Fe3O4@Ag-RB/RGO传感器通过透射电镜(TEM)进行形貌表征，如图1所示，图中大面积的褶皱状物质为RGO，可以明显观察到粒径较大的黑色纳米颗粒为Fe3O4纳米粒子，周围包裹着许多小颗粒状Ag粒子形成类芝麻球的形貌，Fe3O4@Ag粒径约为100nm，均匀地负载在RGO表面，无明显团聚现象。
应用例1
选用上述实施例2制备的Fe3O4@Ag-RB/RGO传感器进行铅离子传感试验，包括如下步骤：
称取一定量的Fe3O4@Ag-RB/RGO传感器经超声分散在一定体积的去离子水中，传感器储备液的浓度为1g/L。称取适量的PbCl2，CuCl2，FeCl2，CdCl2，ZnCl2，MgCl2，NaCl，KCl，MnCl2，CaCl2，NH4Cl，CoCl2，SnCl2及CrCl2溶解在超纯水中，配成浓度均为100ppm的竞争离子储备液。首先，研究Fe3O4@Ag-RB/RGO在不同pH环境(pH 2-9)下对Pb2+离子传感的稳定性和传感能力，然后按照实验设计的浓度及比例将上述传感器储备液与竞争离子储备液混合，超声震荡30s后静置5min，然后进行荧光光谱测试。在相同条件下，进行Pb2+和其他离子的竞争实验。对得到的谱图进行分析和研究，进而评价传感器对Pb2+的选择性。接着，将PbCl2母液按比例稀释后(0～50ppm)，移取相同体积的传感器储备液加入到相同体积不同浓度的Pb2+溶液中，超声震荡30s后静置5min测试荧光强度，分析传感器对Pb2+的响应敏感性，并计算检测极限LOD值。
如图2所示，酸碱环境研究表明，Fe3O4@Ag-RB/RGO纳米传感器在很宽的pH范围内是稳定的。但是，淬灭的RB强度在pH＜7时增加，可见，其能够在酸性条件下用于检测Pb2+离子；当pH＞7时，加入Pb2+离子后强度出现了下降。因为Pb2+在碱性介质中可以形成Pb(OH)2沉淀。因此，Fe3O4@Ag-RB/RGO在弱酸性介质和中性介质中可能更有用，在碱性条件下仅能用于定性测定是否存在Pb2+离子。此外，在pH 6.0时淬灭的RB强度增加的幅度最大，因此，在pH 6.0下研究磁性传感器对Pb2+离子的检测。其次，检测性能表明传感器仅仅与Pb2+显示出强的荧光强度，在相同的条件下与其他离子几乎没有明显的荧光强度，并且，相同条件下将Pb2+加入到含有竞争离子的溶液中，其对应的荧光强度发生显著增强(附图3)，当传感器遇到Pb2+时，RB分子立即从传感器的Ag纳米粒子上释放，与Pb2+络合成稳定的三角形结构，同时发射荧光增强了竞争离子溶液的荧光强度。结果说明本发明所设计制备的Fe3O4@Ag-RB/RGO传感器具有较高的敏感性及专一的选择性。
此外，如我们所预期的那样，随着Pb2+浓度的增加，在576nm处的荧光强度逐渐增加(附图4a)。通过F/F0值与Pb2+浓度的函数关系评价荧光光谱的变化，在0.1～1ppm的浓度范围内，F/F0值与Pb2+浓度具有很好的线性关系(附图4b)。通过计算智能磁性传感器对Pb2+的检测限(LOD)为0.005ppm，小于我国规定饮用水中铅的最大含量值(0.01ppm)。此外，循环试验表明(图5)，在Pb2+初始浓度不变的前提下，经6次循环检测后，Fe3O4@Ag-RB/RGO传感器的响应强度虽然有些许下降，但仍然具有较好的敏感性能，在重金属废水检测与治理领域内展现出了较高的应用潜能。
本发明其他实施例制备得到的Fe3O4@Ag-RB/RGO传感器也具有与实施例2制备得到的传感器相似的优良性能，敏感性高且专一性强，检测限LOD小于0.01ppm，循环性能好。
对比例1
量取37.5mL乙二醇、37.5mL一缩二乙二醇于100mL烧杯中，在超声搅拌作用下加入10mg RGO、0.21g FeCl3·6H2O及3.75g NaAc，形成均匀溶液后转入高压反应釜中，于200℃反应8h，反应结束后经磁倾析提纯洗涤、干燥后得到Fe3O4/RGO纳米粒子；
将制得的Fe3O4/RGO纳米粒子经超声分散于10mL去离子水中，分散均匀后加入80mL浓度为47mmol/L的AgNO3溶液以及0.1mL浓度为1mol/L的NaOH溶液，混合均匀后转入聚四氟乙烯反应釜中，120℃下反应12h，反应完成后经磁倾析提纯洗涤、干燥后得到Fe3O4@Ag/RGO纳米材料；
将上述的Fe3O4@Ag/RGO纳米材料经超声分散于10mL去离子水中，加入1mL浓度为1mol/L的RB水溶液，置于25℃恒温振荡箱中反应20min后经磁倾析提纯洗涤、干燥后得智能磁性传感器Fe3O4@Ag-RB/RGO。
对比例1产物磁性传感器Fe3O4@Ag-RB/RGO的形貌表征如图6所示，由图可以看出，Ag以壳层的方式包覆Fe3O4后负载至RGO上，与实施例2制得的产物的形貌完全不同，按应用例1的性能研究方法对对比例1的产物进行铅离子传感试验，相同条件下，对比例1产物的灵敏度低于实施例2的产物，而Pb2+的检测限(LOD)为0.032ppm，超过了我国规定饮用水中铅的最大含量值(0.01ppm)，这是由于包覆的Ag裸露的活性位点更多，一旦进入废水中，更容易与酸性液体作用，提前且过量释放Ag+，干扰传感器的检测灵敏性及检测限。
对比例2
量取37.5mL乙二醇、37.5mL一缩二乙二醇于100mL烧杯中，在超声搅拌作用下加入0.21g FeCl3·6H2O及3.75g NaAc，形成均匀溶液后转入高压反应釜中，于200℃反应8h，反应结束后经磁倾析提纯洗涤、干燥后得到Fe3O4纳米粒子；
将制得的Fe3O4纳米粒子经超声分散于10mL去离子水中，分散均匀后加入80mL浓度为47mmol/L的AgNO3溶液、0.1mL浓度为0.9mol/L的水合肼溶液，以及0.1mL浓度为1mol/L的NaOH溶液，避光下，30℃超声反应20min，反应完成后经磁倾析提纯洗涤、干燥后得到Fe3O4@Ag纳米材料；
将上述的Fe3O4@Ag纳米材料经超声分散于10mL去离子水中，加入1mL浓度为1mol/L的RB水溶液，置于25℃恒温振荡箱中反应20min后经磁倾析提纯洗涤、干燥后得智能磁性传感器Fe3O4@Ag-RB。
经传感性能研究发现，对比例2所得的传感器Fe3O4@Ag-RB相比于实施例2所制备的传感器Fe3O4@Ag-RB/RGO，在实际传感Pb2+时，敏感性较差，检测极限也较高(0.051ppm)，这是因为没有RGO的传感器，其对铅离子的传感接触面大大减小，进而导致了传感时间的增加，敏感性降低，检测极限也随之升高。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (9)
1.一种智能磁性铅离子传感器，其特征在于，所述智能磁性铅离子传感器包括还原氧化石墨烯RGO、Fe3O4纳米粒子、Ag纳米粒子和罗丹明B，其中，Fe3O4纳米粒子负载在RGO片层上，Ag纳米粒子包覆在Fe3O4纳米粒子表面，罗丹明B负载在Ag纳米粒子上；所述RGO、Fe3O4纳米粒子、Ag纳米粒子和罗丹明B的质量占比分别为0.24％～6.31％、3.42％～18.04％、9.84％～90.88％、5.46％～86.50％；所述Ag纳米粒子包覆在Fe3O4纳米粒子表面指的是Ag纳米粒子包覆在Fe3O4纳米粒子表面形成类似芝麻球的形貌；
所述智能磁性铅离子传感器的制备包括如下步骤：
(1)制备得到Fe3O4/RGO纳米粒子；
(2)将步骤(1)得到的Fe3O4/RGO纳米粒子分散于水中，之后加入AgNO3溶液、水合肼溶液和NaOH溶液，避光下反应一段时间，反应完成后经提纯、洗涤、干燥后得到Fe3O4@Ag/RGO纳米材料；
(3)将步骤(2)中制得的Fe3O4@Ag/RGO纳米材料分散于水中，加入一定浓度的RB水溶液，置于一定温度下反应一段时间后经提纯、洗涤、干燥后得智能磁性铅离子传感器。
2.权利要求1所述的一种智能磁性铅离子传感器的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)制备得到Fe3O4/RGO纳米粒子；
(2)将步骤(1)得到的Fe3O4/RGO纳米粒子分散于水中，之后加入AgNO3溶液、水合肼溶液和NaOH溶液，避光下反应一段时间，反应完成后经提纯、洗涤、干燥后得到Fe3O4@Ag/RGO纳米材料；
(3)将步骤(2)中制得的Fe3O4@Ag/RGO纳米材料分散于水中，加入一定浓度的RB水溶液，置于一定温度下反应一段时间后经提纯、洗涤、干燥后得智能磁性铅离子传感器。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的AgNO3溶液的浓度为20～55mmol/L、水合肼溶液的浓度为0.2～1.2mol/L、NaOH溶液的浓度为0.5～2mol/L。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)的反应在超声下进行，超声反应温度为25～40℃，反应时间为15～30min。
5.根据权利要求2～4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中RB水溶液的浓度为0.2～2.5mol/L，反应温度为25～35℃，时间为15～30min。
6.一种检测废水中铅离子的方法，其特征在于，所述方法利用权利要求1所述的一种智能磁性铅离子传感器进行检测。
7.权利要求1所述的一种智能磁性铅离子传感器在废水治理中的应用。
8.一种检测废水中铅离子的装置，其特征在于，所述装置包含权利要求1所述的一种智能磁性铅离子传感器。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括荧光测定装置。
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Application publication date: 20220405 Assignee: CHANGZHOU HOUDE RENEWABLE RESOURCES TECHNOLOGY Co.,Ltd. Assignor: JIANGSU University OF TECHNOLOGY Contract record no.: X2023980052414 Denomination of invention: An intelligent magnetic lead ion sensor and its preparation method and application in wastewater treatment Granted publication date: 20230407 License type: Common License Record date: 20231218 |
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