[发明专利]磁性焦糖化碳纳米材料在去除水体中重金属的应用

说明书

本发明提供一种磁性焦糖化碳纳米材料在去除水体中重金属的应用，应用方法为：将磁性焦糖化碳纳米材料γ‑Fe₂O₃@CCM加入到含有重金属的液体基质中，调节体系pH为2‑7，超声分散均匀，超声后往复震荡3‑8min，实现水中痕量重金属的络合并同时去除，焦糖化碳纳米材料γ‑Fe₂O₃@CCM的加入量为0.2‑0.6g/L。本发明的应用方法可以对工业废水中砷、硒的同时络合去除，砷去除率达116μg/g，硒去除率达185μg/g，还可以对对工业废水中铅、钒的同时络合去除，铅去除率达248μg/g，钒去除率达319μg/g。

技术领域：

本发明提供一种磁性焦糖化碳纳米材料在去除水体中重金属的应用，属于碳纳米材料应用技术领域。

背景技术：

砷、硒、铅等重金属元素广泛存在于自然水体和生活饮用水中，直接影响到生态环境和人们的身体健康。砷、铅是对人体有害的元素而硒是人体必需的微量元素之一，但摄入过多也会对人体产生危害，我国最新的地下水质量标准(GB/T 14848-2017)规定Ⅰ类限值砷浓度不高于1μg/L，铅浓度不高于5μg/L，硒浓度不高于10μg/L，生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)规定砷、铅和硒的浓度都不高于10μg/L。如何有效去除水体中砷、铅和硒显得非常重要。目前常用的去除重金属的方法主要有氰化法、化学沉淀、化学还原法、离子交换法和反渗透法等。研究发现，采用吸附法具有明显优势，其成本较低并且高效。相比于沉淀法和电化学法，水中重金属浓度较低时，吸附法可以比较有效地将其除去。常用的吸附剂有矿物黏土、生物吸附剂和金属氧化物，然而由于表面疏水性和对金属离子结合力较弱，这些吸附剂的去重金属效果并不理想，且不容易回收利用。因此有必要建立一种快速高效的吸附方法将砷、硒、铅元素从水体基质中分离吸附，达到去除的目的。

1999年，Safariková等人(Journal of Magnetism and Magnetic Materials,1999,194,108–112)开展了以磁性材料作为吸附剂的磁性固相萃取技术，该方法将磁性吸附剂和分析物溶液充分混合，使分析物被磁性吸附剂吸附，然后通过外加磁场实现分析物与基质溶液的分离。

近年来，磁性纳米材料作为重金属吸附剂也极大地吸引了研究人员的兴趣。它们在具有高吸附容量、高吸附效率以及对重金属离子具有吸附特异性等优点的同时，也由于其具有磁性，从而在提供磁场时，具有实现快速固-液分离的优点，大大缩短了处理时间。

在过去的几年里，各种类型的磁纳米颗粒被合成并用于重金属离子吸附，然而这些材料在吸附容量上还有所欠缺，并且也只是处于实验室阶段。

发明内容：

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供磁性焦糖化碳纳米材料在去除水体中重金属的应用，本发明可以实现对水体中砷、硒、铅、钒的快速高效吸附，并且回收方便，材料本身分散性好，比较面积大，吸附位点多，磁性强，能够实现物质的快速吸附和洗脱。

本发明是通过如下技术方案实现的：

磁性焦糖化碳纳米材料在去除水体中重金属的应用，所述的应用方法如下：

将磁性焦糖化碳纳米材料γ-Fe₂O₃@CCM加入到含有重金属的液体基质中，调节体系pH为2-7，超声分散均匀，超声后往复震荡3-8min，实现水中痕量重金属的络合并同时去除，焦糖化碳纳米材料γ-Fe₂O₃@CCM的加入量为0.2-0.6g/L。

根据本发明优选的，去除重金属后的磁性焦糖化碳纳米材料γ-Fe₂O₃@CCM采用EDTA溶液或HNO₃溶液洗，将重金属离子洗脱到洗脱液中，实现材料的重复利用。