CN114939395A - 一种面源污染吸附剂及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种面源污染吸附剂及其制备方法与应用，涉及重金属污染治理技术领域。本发明的面源污染吸附剂，包括以下制备原料：氮化碳100份、钙盐4份～7份、磷酸盐3份～5份、铁盐15份～20份、亚铁盐5份～10份、氧化石墨烯1份～5份；所述氧化石墨烯的氧含量为25％～30％。本发明通过钙盐和磷酸盐，从而制得了羟基磷灰石；而通过羟基磷灰石和氮化碳的搭配，提高氮化碳材料的吸附效果。通过铁盐和亚铁盐，最终形成四氧化三铁粒子，四氧化三铁粒子具有磁性，在面源污染吸附剂处理完成后，能够将吸附剂有效的分离，从而实现将重金属元素从面源污染土壤中分离，实现了对重金属元素的有效分离和回收。

Description

一种面源污染吸附剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于面源污染治理技术领域，具体涉及一种面源污染吸附剂及其制备方法与应用。
背景技术
面源污染又称非点源污染，面源污染溶解的以及固体的污染物从非特定的地点，在降水(或融雪)冲刷作用下，通过径流过程而汇入受纳水体(包括河流、湖泊、水库和海湾等)并引起水体富营养化或其他形式的污染。相对点源污染而言，面源污染主要由地表的土壤泥沙颗粒、氮磷等营养物质、农药等有害物质、秸秆农膜等固体废弃物、畜禽养殖粪便污水、水产养殖饵料药物、农村生活污水垃圾、各种大气颗粒物沉降等，通过地表径流、土壤侵蚀、农田排水等形式进入水体环境所造成，具有分散性、隐蔽性、随机性、潜伏性、累积性和模糊性等特点，因此不易监测、难以量化，研究和防控的难度大。
在面源污染土壤修复治理方面，吸附法被认为是一种有效的方法，常用的吸附剂一般为活性炭、生物吸附剂等。活性炭是最早、也是应用最广的吸附剂，但其最大的缺点是吸附效果较差、使用寿命短。生物吸附剂则容量较为固定、选择性高，所以应用范围被限制在低浓度、单组分的面源污染土壤的处理中。
综上所述，需要开发一种面源污染吸附剂，其能实现对面源污染土壤中重金属元素的有效吸附。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供了一种面源污染吸附剂，其能实现对面源土壤中重金属元素的有效吸附。
本发明还提供了上述面源污染吸附剂的制备方法。
本发明还提供了上述面源污染吸附剂在重金属污染土壤修复中的应用。
具体如下：本发明第一方面提供了一种面源污染吸附剂，包括以下重量份数的制备原料：
氮化碳100份、钙盐4份～7份、磷酸盐3份～5份、铁盐15份～20份、亚铁盐5份～10份、氧化石墨烯1份～5份；
所述氧化石墨烯的氧含量为25％～30％。
根据本发明的面源污染吸附剂技术方案中的至少一个技术方案，至少具备如下有益效果：
本发明通过控制钙盐和磷酸盐的比例，从而制得了羟基磷灰石；而通过羟基磷灰石和氮化碳的搭配，利用羟基磷灰石来控制氮化碳自身之间的吸附和团聚，从而提高氮化碳材料的吸附效果。
通过控制铁盐和亚铁盐的比例，最终形成四氧化三铁粒子，四氧化三铁粒子具有磁性，在面源污染吸附剂处理完成后，能够将吸附剂有效的分离，从而实现将重金属元素从面源污染土壤中分离，实现了对重金属元素的有效分离和回收。
氧化石墨烯本身具有含氧官能团，亲水性相对较好，在使用过程中能够使吸附剂与重金属元素充分接触，从而进一步提升面源污染吸附剂的吸附效果。
氧化石墨烯中氧含量过高或过低均会对吸附效果产生一定的影响，氧含量过低，则会影响到氧化石墨烯的亲水性，从而影响吸附效果；氧含量过高，则对氧化石墨烯中碳环的影响较大，会破坏氧化石墨烯中共轭结构，从而影响到其与重金属元素之间的吸附作用，最终导致吸附效果较差。
根据本发明的一些实施方式，所述氮化碳的片径为1μm～10μm。
氮化碳的片径过小，则会导致表面与羟基磷灰石的结合位点较少，影响两者之间的结合效果，从而影响到其最终吸附效果。片径过大，则氮化碳的反应活性降低，从而影响其最终吸附效果。
根据本发明的一些实施方式，所述氧化石墨烯的氧含量为27％～30％。
通过将氧化石墨烯的氧含量控制在上述范围，从而取得了更加优异的重金属处理效果。
根据本发明的一些实施方式，所述磷酸盐为磷酸氢二盐。
根据本发明的一些实施方式，所述磷酸氢二盐为磷酸氢二钠、磷酸氢二钾、磷酸氢二铵中的至少一种。
磷酸氢二盐在水溶液中为近中性，对后续制备羟基磷灰石的pH影响较小，有利于提高羟基磷灰石的纯度。
根据本发明的一些实施方式，所述钙盐为氯化钙。
氯化钙在水中的溶解度较大，不会影响到后续羟基磷灰石的制备。
根据本发明的一些实施方式，所述钙盐中钙离子和所述磷酸盐中磷酸根的摩尔比为3:1.9～2.1。
根据本发明的一些实施方式，所述铁盐为硫酸铁和氯化铁中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述亚铁盐为硫酸亚铁和氯化亚铁中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述亚铁盐中亚铁离子和所述铁盐中铁离子的摩尔比为1:1.9～2.1。
通过控制亚铁盐、铁盐及其摩尔比，从而控制最终形成磁性氧化铁(四氧化三铁)。
本发明第二方面提供了上述面源污染吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将所述氮化碳、所述钙盐、所述磷酸盐混合后水热反应，制得羟基磷灰石改性的氮化碳；
S2、将所述氧化石墨烯、所述铁盐、所述亚铁盐和步骤S1制得的羟基磷灰石改性的氮化混合后水热反应。
根据本发明制备方法中的一种技术方案，至少具备如下有益效果：
本发明采用原位复合法制备复合粒子，使得氮化碳、氧化石墨烯与羟基磷灰石的制备原料和四氧化三铁的制备原料在液体条件下混合，可以达到分子级别的分散效果，使得各组分实现均匀复合和良好的界面结合；从而制得了具有优异重金属元素去除效果的吸附剂。
根据本发明的一些实施方式，步骤S1中所述水热反应的温度为150℃～180℃。
根据本发明的一些实施方式，步骤S1中所述水热反应的时间为2h～4h。
通过控制所述水热反应的温度和时间，从而制得了羟基磷灰石改性的氮化碳。
根据本发明的一些实施方式，步骤S2中所述水热反应的温度为140℃～200℃。
根据本发明的一些实施方式，步骤S2中所述水热反应的时间为2h～4h。
通过控制水热反应的温度和时间，从而制得了四氧化三铁粒子。
本发明实施方式中通过水热反应制得的四氧化三铁的粒径较大。
根据本发明的一些实施方式，步骤S1中所述水热反应的起始pH为11～14。
pH大于11可得到更纯的羟基磷灰石，增大pH值有利于得到单一羟基磷灰石相，也有助于晶核的加速形成，短时间内形成大量羟基磷灰石晶核，晶体来不及迅速长大，最后形成细小的晶体。同时，pH影响磷酸根在溶液中的存在形式，也影响羟基磷灰石的溶解度，因此对合成过程中离子的过饱和度产生影响，影响成核速度和晶体的定向排列速度的相对大小，最终影响产品的长径比及产品形貌。
根据本发明的一些实施方式，步骤S1中所述混合过程中还需添加氨水。
本发明的实施方式中，通过pH来控制氨水的添加量。
根据本发明的一些实施方式，步骤S1中所述混合过程中还需添加水。
根据本发明的一些实施方式，所述面源污染吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将所述氮化碳、所述钙盐、所述磷酸盐、氨水和水混合后，制得混合液；
将所述混合液进行水热反应，制得羟基磷灰石改性的氮化碳；
S2、将所述氧化石墨烯、所述铁盐、所述亚铁盐和步骤S1制得的羟基磷灰石改性的氮化混合后水热反应。
根据本发明的一些实施方式，所述混合液中钙离子摩尔浓度为0.01mol/L～0.05mol/L。
根据本发明的一些实施方式，所述混合液中磷酸根的摩尔浓度为0.015mol/L～0.03mol/L。
根据本发明的一些实施方式，所述混合液的pH为11～14。
在其他制备条件不变的情况下，若浓度过大，反应时局部过饱和度大，成核速度快，晶粒有序排列速度小，晶体中非晶体成分较多，形成杂质含量高；若浓度过低，减少离子间反应概率，反应效率低甚至不发生反应。
本发明第三方面提供了上述面源污染吸附剂在重金属污染土壤修复中的应用。
根据本发明的一些实施方式，所述重金属污染土壤包括镉、铅和砷复合污染的土壤。
同时被镉、铅和砷复合污染的土壤，与单一污染土壤相比，土壤的理化性质和污染物表现出的特性等方面会有所区别，给土壤污染增加了复杂性。通常，复合污染物之间会发生相互作用，表现为拮抗作用、加和作用和协同作用。拮抗作用是指一种污染物的存在会抑制另一种污染物的吸收及其生物效应。多种污染物在动植物体内转运吸收的过程中，对载体上的结合位点发生相互竞争作用，从而影响某一种污染物的吸收。镉、铅共同存在时，铅会夺取镉在土壤中的吸附点，增加镉的活性，提高土壤中镉的生物有效性。在土壤中有铅的共存条件下，会显著减少植物对砷的吸收。
磷酸盐钝化剂包括可溶性(磷酸、磷酸二氢钾、磷酸二氢钙等)和难溶性(磷石膏、磷矿石、羟基磷灰石等)。难溶性磷酸盐能否很好的钝化土壤中的重金属，主要受土壤pH限制。pH为5时，铅能被较快钝化下来，主要是因为在该pH条件下，生成Pb5(PO4)3OH的速度很快。可溶性磷酸盐加入到土壤中，会降低土壤的pH，从而增加其他重金属如砷的淋溶性。磷和砷是同族元素，两者性质相似，产生拮抗作用，导致PO4 3-与AsO4 3-形成竞争吸附，PO4 3-取代土壤中AsO4 3-的吸附点位，从而释放出砷，增强其移动性。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面详细描述本发明的具体实施例。
本发明实施方式中选用的氮化碳购自罗恩化学的R129623，CAS号为143334-20-7，片径为1μm～10μm。
实施例1
本实施例为一种面源污染吸附剂及其制备方法。
本实施例的面源污染吸附剂包括以下重量份制备原料：
氮化碳10份、氯化钙5.5份、磷酸氢二铵4.0份、氯化铁16.2份、氯化亚铁6.4份、氧化石墨烯2份。
本实施例中的面源污染吸附剂的制备方法，由以下步骤组成：
S1、溶液配制：
将氮化碳分散在水中，形成氮化碳分散液；再将氯化钙添加至氮化碳分散液中，并添加氨水(质量分数为25％)调节pH为11，制得氯化钙/氮化碳分散液(其中，氮化碳的质量浓度为10g/L，氯化钙的摩尔浓度为0.05mol/L(质量浓度为5.5g/L)；
配制浓度为0.03mol/L的磷酸氢二铵水溶液(质量浓度为4.0g/L)；
S2、再将氯化钙/氮化碳分散液和磷酸氢二铵水溶液等体积混合后在180℃下水热反应2h；再将氧化石墨烯、氯化铁和氯化亚铁添加至水热反应后的混合物中(控制氧化石墨烯的质量浓度为1g/L；氯化铁的摩尔浓度为0.05mol/L(质量浓度为8.1g/L)，氯化亚铁的摩尔浓度为0.025mol/L(质量浓度为3.2g/L)；再在160℃保温处理2h后，过滤，收集固相，洗涤即得面源污染吸附剂。
本实施例中氧化石墨烯的制备方法为：
在冰水浴(约0℃)中，将5g鳞片石墨和2.5g硝酸钠与115mL的浓硫酸(质量分数为98％)混合均匀，搅拌中加入15g KMnO4，保持2℃以下持续反应1h，将其转移至35℃水浴反应30min，逐步加入250mL去离子水，温度升至98℃继续反应1h后，可明显观察到混合物由棕褐色变成亮黄色。进一步连续加水稀释，并用质量分数30％的H2O2溶液处理。将上述溶液抽滤，用质量分数为5％HCl溶液洗涤至中性，将滤饼放入烘箱中80℃充分干燥后得氧化石墨。
取1g氧化石墨放入500mL去离子水中，超声处理1.5h(180W，60Hz)，随后进行抽滤，将滤饼放入真空烘箱中40℃(10Pa)干燥6h；得超声处理后的氧化石墨。
在高压反应釜中加入0.1g超声处理后氧化石墨、10mL去离子水和0.1gNaOH，密封，用氩气置换反应釜中空气2次，随后充氩气至0.5Mpa，搅拌、加热到80℃，在此温度下反应4h。所得样品经离心、干燥处理，得氧化石墨烯(通过元素分析测得氧含量为28.3％)。
实施例2
本实施例为一种面源污染吸附剂及其制备方法。
本实施例与实施例1的差异在于：本实施例中氧化石墨烯的制备方法如下：
在冰水浴(约0℃)中，将5g鳞片石墨和2.5g硝酸钠与115mL的浓硫酸(质量分数为98％)混合均匀，搅拌中加入15g KMnO4，保持2℃以下持续反应1h，将其转移至35℃水浴反应30min，逐步加入250mL去离子水，温度升至98℃继续反应1h后，可明显观察到混合物由棕褐色变成亮黄色。进一步连续加水稀释，并用质量分数30％的H2O2溶液处理。将上述溶液抽滤，用质量分数为5％HCl溶液洗涤至中性，将滤饼放入烘箱中80℃充分干燥后得氧化石墨。
取1g氧化石墨放入500mL去离子水中，超声处理1.5h(180W，60Hz)，随后进行抽滤，将滤饼放入真空烘箱中40℃(10Pa)干燥6h；得超声处理后的氧化石墨。
在高压反应釜中加入0.1g超声处理后的氧化石墨、50mL去离子水和0.3gNa2CO3，密封，用氩气置换反应釜中空气2次，随后充氩气至0.5Mpa，搅拌、加热到80℃，在此温度下反应4h。所得样品经离心、干燥处理，得氧化石墨烯(通过元素分析测得氧含量为27.6％)。
实施例3
本实施例为一种面源污染吸附剂及其制备方法。
本实施例与实施例1的差异在于：本实施例中氧化石墨烯的制备方法如下：
在冰水浴(约0℃)中，将5g鳞片石墨和2.5g硝酸钠与115mL的浓硫酸(质量分数为98％)混合均匀，搅拌中加入15g KMnO4，保持2℃以下持续反应1h，将其转移至35℃水浴反应30min，逐步加入250mL去离子水，温度升至98℃继续反应1h后，可明显观察到混合物由棕褐色变成亮黄色。进一步连续加水稀释，并用质量分数30％的H2O2溶液处理。将上述溶液抽滤，用质量分数为5％HCl溶液洗涤至中性，将滤饼放入烘箱中80℃充分干燥后得氧化石墨。
取1g氧化石墨放入500mL去离子水中，超声处理1.5h(180W，60Hz)，随后进行抽滤，将滤饼放入真空烘箱中40℃(10Pa)干燥6h；得超声处理后的氧化石墨。
在高压反应釜中加入0.1g超声处理后的氧化石墨、30mL去离子水和0.1gKOH，密封，用氩气置换反应釜中空气2次，随后充氩气至2Mpa，搅拌、加热到120℃，在此温度下反应6h。所得样品经离心、干燥处理，得氧化石墨烯(通过元素分析测得氧含量为29.8％)。
对比例1
本对比例为一种面源污染吸附剂及其制备方法。
本对比例与实施例1的差异在于：本对比例中氧化石墨烯的制备方法如下：
在冰水浴(约0℃)中，将5g鳞片石墨和2.5g硝酸钠与115mL的浓硫酸(质量分数为98％)混合均匀，搅拌中加入15g KMnO4，保持2℃以下持续反应1h，将其转移至35℃水浴反应30min，逐步加入250mL去离子水，温度升至98℃继续反应1h后，可明显观察到混合物由棕褐色变成亮黄色。进一步连续加水稀释，并用质量分数30％的H2O2溶液处理。将上述溶液抽滤，用质量分数为5％HCl溶液洗涤至中性，将滤饼放入烘箱中80℃充分干燥后，制得氧化石墨。取0.1g氧化石墨放入50mL去离子水中，超声处理1.5h(180W，60Hz)，随后进行抽滤，将滤饼放入真空烘箱中40℃(10Pa)干燥6h；即得所需的氧化石墨烯(通过元素分析测得氧含量为22.4％)。
对比例2
本对比例为一种面源污染吸附剂及其制备方法。
本对比例与实施例1的差异在于：本实施例中氧化石墨烯的制备方法如下：
在冰水浴(约0℃)中，将5g鳞片石墨和2.5g硝酸钠与115mL的浓硫酸(质量分数为98％)混合均匀，搅拌中加入15g KMnO4，保持2℃以下持续反应1h，将其转移至35℃水浴反应30min，逐步加入250mL去离子水，温度升至98℃继续反应1h后，可明显观察到混合物由棕褐色变成亮黄色。进一步连续加水稀释，并用质量分数30％的H2O2溶液处理。将上述溶液抽滤，用质量分数为5％HCl溶液洗涤至中性，将滤饼放入烘箱中80℃充分干燥后得氧化石墨。
取1g氧化石墨放入500mL去离子水中，超声处理1.5h(180W，60Hz)，随后进行抽滤，将滤饼放入真空烘箱中40℃(10Pa)干燥6h；得超声处理后的氧化石墨。
在高压反应釜中加入0.1g超声处理后的氧化石墨、30mL去离子水和0.2g K2CO3，密封，用氩气置换反应釜中空气2次，随后充氩气至2Mpa，搅拌、加热到140℃，在此温度下反应6h。所得样品经离心、干燥处理，得氧化石墨烯(通过元素分析测得氧含量为32.6％)。
对比例3
本对比例为一种面源污染吸附剂及其制备方法。
本对比例与实施例1的差异在于：本对比例不加入氮化碳。
对比例4
本对比例为一种面源污染吸附剂及其制备方法。
本对比例与实施例1的差异在于：本对比例不加入氯化钙和磷酸氢二铵。
对比例5
本对比例为一种面源污染吸附剂及其制备方法。
本对比例与实施例1的差异在于：本对比例不加入氧化石墨烯。
对比例6
本对比例为一种面源污染吸附剂及其制备方法。
本对比例与实施例1的差异在于：本对比例不加入氯化亚铁和氯化铁。
本发明实施例1～3和对比例1～6中制得的面源污染吸附剂对土壤中重金属的去除效果的测试方法如下：
准确称取供试土样(面源污染土样)30.00±0.05g置于50mL离心管中，向离心管中加入分别加入本发明实施例1～3和对比例1～6中制得的面源污染吸附剂样品(添加量为0.9g)，充分混匀后加入超纯水并控制含水率为50％。将离心管置于恒温摇床中震荡，设置温度为25℃，转速为180r/min。培养3天后，烘干研磨至20目。检测土壤中重金属元素采用土壤标准毒性浸出方法(Toxicity Characteristic Leaching Procedure，简称TCLP)浸提出的镉、铅、砷含量。空白对照为未添加面源污染吸附剂样品的情况。结果如表1所示。
表1本发明实施例1～3和对比例1～6的吸附效果
Figure BDA0003628167620000101
本发明实施例1、实施例2～3和对比例1～2的差异在于：氧化石墨烯中氧含量，从实施例1～3和对比例1～2中的实验结果得知，氧化石墨烯中氧含量过高或过低均会对吸附效果产生一定的影响，氧含量过低，则会影响到氧化石墨烯的亲水性，从而影响吸附效果；氧含量过高，则对氧化石墨烯中碳环的影响较大，从而进一步破坏氧化石墨烯中共轭结构，从而影响到其与重金属元素之间的吸附作用，从而导致吸附效果较差。
本发明实施例1与对比例3的差异在于：本对比例不加入氮化碳，从表1中得知，不加入氮化碳，极大地影响了面源污染吸附剂的吸附效果。
本发明实施例1与对比例4的差异在于：本对比例不加入氯化钙和磷酸氢二铵，从表1中得知，未形成羟基磷灰石，极大地影响了面源污染吸附剂的吸附效果。
本发明实施例1与对比例5的差异在于：本对比例不加入氧化石墨烯，从表1中得知，不加入氧化石墨烯，极大地影响了面源污染吸附剂的吸附效果。
本发明实施例1与对比例6的差异在于：本对比例不加入氯化亚铁和氯化铁，从表1中得知，未形成四氧化三铁，对面源污染吸附剂的吸附效果存在一定的影响。
将本发明实施例1～3和对比例6中进行去除效果测试后的土壤，采用磁分离的方式，分离面源污染吸附剂与土壤，并计算面源污染吸附剂的回收率；实施例1的回收率为99.1％，实施例2的回收率为98.9％，实施例3的回收率为99.2％；对比例6的回收率为0％。即本发明实施例1～3中制得的面源污染吸附剂均实现了有效的回收。
综上所述，本发明通过控制钙盐和磷酸盐的比例，从而制得了羟基磷灰石；而通过羟基磷灰石和氮化碳的搭配，利用羟基磷灰石来控制氮化碳自身之间的吸附和团聚，从而提高氮化碳材料的吸附效果。通过控制铁盐和亚铁盐的比例，最终形成四氧化三铁粒子，四氧化三铁粒子具有磁性，在面源污染吸附剂处理完成后，能够将吸附剂有效的分离，从而实现将重金属离子从土壤中分离，实现了对重金属元素的有效分离和回收。氧化石墨烯本身具有含氧官能团，亲水性相对较好，在使用过程中能够使吸附剂与重金属元素充分接触，从而进一步提升面源污染吸附剂的吸附效果。氧化石墨烯中氧含量过高或过低均会对吸附效果产生一定的影响，氧含量过低，则会影响到氧化石墨烯的亲水性，从而影响吸附效果；氧含量过高，则对氧化石墨烯中碳环的影响较大，从而进一步破坏氧化石墨烯中共轭结构，从而影响到其与重金属元素之间的吸附作用，从而导致吸附效果较差。
上面结合实施例对本发明作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种面源污染吸附剂，其特征在于：包括以下重量份数的制备原料：
氮化碳100份、钙盐4份～7份、磷酸盐3份～5份、铁盐15份～20份、亚铁盐5份～10份、氧化石墨烯1份～5份；
所述氧化石墨烯的氧含量为25％～30％。
2.根据权利要求1所述的面源污染吸附剂，其特征在于：所述氮化碳的片径为1μm～10μm。
3.根据权利要求1所述的面源污染吸附剂，其特征在于：所述氧化石墨烯的氧含量为27％～30％。
4.根据权利要求1所述的面源污染吸附剂，其特征在于：所述磷酸盐为磷酸氢二盐。
5.根据权利要求1所述的面源污染吸附剂，其特征在于：所述铁盐为硫酸铁和氯化铁中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的面源污染吸附剂，其特征在于：所述亚铁盐为硫酸亚铁和氯化亚铁中的至少一种。
7.一种制备如权利要求1至6任一项所述的面源污染吸附剂的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将所述氮化碳、所述钙盐、所述磷酸盐混合后水热反应，制得羟基磷灰石改性的氮化碳；
S2、将所述氧化石墨烯、所述铁盐、所述亚铁盐和步骤S1制得的羟基磷灰石改性的氮化混合后水热反应。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤S1中所述水热反应的温度为150℃～180℃。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤S2中所述水热反应的温度为140℃～200℃。
10.根据权利要求1至6任一项所述的面源污染吸附剂在面源污染土壤修复处理中的应用。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104289181A (zh) * 2014-10-25 2015-01-21 济南大学 一种磁性羟基磷灰石/氧化石墨烯吸附剂的制备及应用
CN107662949A (zh) * 2017-10-27 2018-02-06 成都理工大学 一种氧化石墨烯负载四氧化三铁纳米复合材料及其制备方法
CN109200989A (zh) * 2018-11-13 2019-01-15 中冶华天工程技术有限公司 一种强磁性羟基磷灰石重金属吸附材料及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104289181A (zh) * 2014-10-25 2015-01-21 济南大学 一种磁性羟基磷灰石/氧化石墨烯吸附剂的制备及应用
CN107662949A (zh) * 2017-10-27 2018-02-06 成都理工大学 一种氧化石墨烯负载四氧化三铁纳米复合材料及其制备方法
CN109200989A (zh) * 2018-11-13 2019-01-15 中冶华天工程技术有限公司 一种强磁性羟基磷灰石重金属吸附材料及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RAMTIN AGHA BEYGLI等: "羟基磷灰石改性g-C3N4吸附废水中金属离子的研究：以Sarcheshmeh酸性矿山废水为例" *
洪亮等: "石墨相氮化碳在重金属吸附中的应用" *

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