新型硅酸镁材料制备及对壬基酚的吸附潜能研究和应用

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壬基酚(nonylphenol,NP)被认为是影响人类和生态环境的内分泌干扰物。具有持久性、生物富集性和迁移性等特点,在痕量浓度下具有干扰生物体内分泌系统的效应,影响具有多代性。可以通过灌溉、农药喷洒、包装材料等途径进入食物链中,从而干扰人体内分泌系统并引发多种生理异常。因此,壬基酚的检测和环境治理意义重大。开发高性能且成本低廉的吸附材料是当前的研究热点和难点。新型吸附材料不仅有效清除环境水体中的壬基酚污染,也可以应用在壬基酚样品前处理净化过程,降低基质效应,提高测定准确性。因此,本研究聚焦硅酸镁新材料的制备和应用,深入研究其合成条件和吸附原理,并评估在实际样品壬基酚净化前处理中表现。主要研究结论如下:(1)运用批处理吸附方法,研究对比了硅镁材料与其他7种商业新型吸附材料对水中4-NP的吸附性能,并分析了各类材料的优缺点。结果,氨基化多壁碳纳米管(AMCNTs)和多层氧化石墨烯(GO)对4-NP的吸附量最高,达到8.82、8.87mg/g,显著高于其他材料。硅镁材料对4-NP吸附量为3.90~4.26 mg/g,但硅镁材料具有较强经济优势,成本仅为AMCNTs的1/240、GO的1/850。因此,开发高性能、价格低廉的硅镁材料具有较高的经济价值。(2)采用溶胶-凝胶法制备了一种具有较高吸附性能的无定形介孔结构硅酸镁材料,考察了合成路径、镁硅比例、吸附剂投加量和温度对吸附性能的影响。利用吸附动力学、吸附等温线和吸附热力学,评估吸附机理。通过XRD光谱、比表面积及孔结构、扫描电子显微镜等手段,对形貌、结构进行分析。结果,镁硅比为1:6的硅酸镁吸附性能最好,25℃和0.2 g/L吸附剂投加量下,对水中4-NP的最大吸附量为30.84 mg/g,吸附剂用量和温度的增加会对吸附产生负面影响。在提高了吸附性能的基础上,也降低了成本,Mg/Si 1:6的成本约为凹凸棒土的1/3。其吸附行为符合拟二级动力学和Freundlich等温模型,对目标物4-NP的吸附为多层吸附或非均质吸附,以氢键和π-π相互作用的化学吸附为主导。热力学研究揭示了吸附的物理性质,在吸附剂-吸附质界面没有结构改变。XRD、BET和SEM表征证实了硅酸镁具有无定形介孔结构。(3)选择5种代表性蔬菜基质添加4-NP,研究了无定形介孔结构硅酸镁(Mg/Si 1:6)作为SPE材料对于4-NP净化效果,并与吸附材料PSA、GO和AMCNTs进行对比,检验了可重复利用性。结果,乙腈作为最佳洗脱液,洗脱体积5m L,对4-NP回收率最高,优化了蔬菜中4-NP的前处理方法。Mg/Si 1:6对基质效应降低作用明显,能够应用于蔬菜中4-NP的前处理净化材料。经过吸附-解析循环6次后,该合成填料的回收率仍在80%以上,重复利用性能较好。本研究建立了蔬菜中4-NP的检测方法,结果,在0.01~0.5 mg/L内呈现良好的线性关系(R~2>0.999),方法检出限为0.6μg/kg,定量限为2μg/kg;在10、50、100μg/kg的添加水平下,方法准确度大于84.1%,精密度小于10.9%,证明该方法能够应用于蔬菜中4-NP的检测,也证实了Mg/Si 1:6具有较好的净化效果,经济优势较强,具有广泛的应用前景。
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