一种通过复合材料定量采集水环境中苯酚的方法技术

本发明专利技术的一种通过复合材料定量采集水环境中苯酚的方法，步骤为：(1)制备能够快速、高效结合苯酚分子的纳米零价铁‑碳基复合材料；(2)将纳米零价铁‑碳基复合材料置于能够有效控制苯酚分子扩散、不与苯酚分子发生化学作用、不能泄漏复合材料的水凝胶或具有一定孔径的膜内。在一定时间内，利用待测水系中苯酚在膜或水凝胶的扩散作用，使扩散进入内侧的苯酚立即被复合材料所结合，从而在膜或水凝胶的内外两个界面之间形成一个恒定的浓度梯度；复合材料上的纳米零价铁可以保护所累积的苯酚不受水环境中溶解氧和其他氧化性物质的影响，避免了在采样过程中苯酚不稳定的问题。

A Method for Quantitative Collection of Phenol in Aquatic Environment by Composite Materials

【技术实现步骤摘要】
一种通过复合材料定量采集水环境中苯酚的方法
：本专利技术属于苯酚的环境监测
，具体涉及一种通过复合材料定量采集水环境中苯酚的方法。
技术介绍
：苯酚为原生质毒，是一种对水体污染危害较大的污染物，正常情况下，水体所含酚类化合物超过千分之零点一，水体便不能达到饮用水标准，对人体有害。2012年2月江苏发生苯酚污染事件，造成饮用水困难，极大地影响了当地与周边地区居民的生产和生活。苯酚的监测已经引起人们的高度重视。苯酚不稳定，具有还原性和挥发性，因而采样后最好立即测定，然而大多数样品都不能现场分析，而是将样品调节至pH<2或pH>10后低温保存并迅速送往实验室进行分析测定。然而，在样品的采集、保存和运输过程中不可避免造成苯酚类污染物浓度或形态的变化，失去了样品的真实性，从而直接影响环境监测结果的代表性和准确性，不能如实地反映水质情况。这就对苯酚的样品采集提出了更高的要求。
技术实现思路
：本专利技术的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种通过复合材料定量采集水环境中苯酚的方法，通过惰性的膜或水凝胶定向和定量控制苯酚在膜或水凝胶中的扩散，并利用膜或水凝胶内快速、高效结合苯酚分子的纳米零价铁-碳基复合材料，实现的苯酚从膜或水凝胶外单向扩散到膜或水凝胶内部，通过在膜或水凝胶的内外两个界面之间形成一个恒定的浓度梯度，实现对水环境中苯酚的定量采集。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种通过复合材料定量采集水环境中苯酚的方法，包括以下步骤：步骤1，纳米零价铁-碳基复合材料制备：取碳基材料和Fe3+盐溶液，将二者混合后，进行热解反应或水热反应后，冷却至室温，获得纳米零价铁-碳基复合材料；步骤2，苯酚采集：取膜或水凝胶，将纳米零价铁-碳基复合材料置于膜或水凝胶内，将含有纳米零价铁-碳基复合材料的膜或水凝胶置于待采集水环境中进行苯酚采集，记录苯酚量并计算水环境中苯酚浓度，其中，所述的采集时间段为4～360h。所述的步骤1中，Fe3+盐溶液的溶质质量百分含量为0.01-20％所述的步骤1中，碳基材料包括：活性炭、生物质活性炭、碳纳米管溶液、石墨烯溶液、氧化石墨烯溶液或还原氧化石墨烯溶液。所述的步骤1中，当碳基材料为活性炭或生物质活性炭时，碳基材料与Fe3+盐溶液按照质量比(2～100):1混合，在管式炉或马弗炉中，进行热解反应，热解温度为800～1200℃，热解时间为1～4h，其中，Fe3+盐溶液添加量以Fe3+的质量计。所述的步骤1中，碳基材料与Fe3+盐溶液的混合、热解过程在惰性气体(氮气或氩气)保护下进行。所述的步骤1中，生物质活性炭采用以下方法制备而成：取生物质与致孔剂，二者按质量比为1:1混合均匀后，进行热解反应，生成生物质活性炭，其中所述的热解温度为500℃，热解时间为2h。所述的步骤1中，生物质为壳聚糖、木质素、玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、高粱秸秆、葵花籽壳、榛子壳、花生壳、稻壳或咖啡渣，所述的生物质粒径≤200μm。所述的步骤1中，致孔剂为固体ZnCl2或磷酸溶液，当为磷酸溶液时，磷酸溶液添加量以溶液中磷酸溶质质量计。所述的步骤1中，当碳基材料为碳纳米管溶液、石墨烯溶液、氧化石墨烯溶液或还原氧化石墨烯溶液时，所述的碳基材料中溶质质量百分含量为0.5～1％；此时，碳基材料和Fe3+盐溶液混合过程中还需加入还原剂，所述的还原剂与碳基材料和Fe3+盐溶液混合均匀后，进行水热反应，水热反应温度为200～230℃，反应时间为24h。所述的步骤1中，冷却方式为随炉冷却。所述的步骤1中，水热方式为常规水热或微波水热。所述的步骤1中，还原剂为水合肼、VC、葡萄糖、硼氢化钠或硼氢化钾。所述的步骤1制备的纳米零价铁-碳基复合材料能够与水环境中苯酚分子快速、高效结合。所述的步骤1中，纳米零价铁-碳基复合材料中纳米零价铁的质量百分含量为0.01-5％。所述的步骤1中，制备的纳米零价铁-碳基复合材料的纳米零价铁粒径为1-100nm。所述的步骤2中，将所述的纳米零价铁-碳基复合材料置入膜或水凝胶之前，预先在室温下进行研磨，使其粒径≤200μm，所述的复合材料用量每次为1-100mg。所述的步骤2中，水环境包括地表水、地下水或海水等自然水环境、以及工业排放水、城市生活排放水或工业污水等污水环境。所述的步骤2中，采用的膜为透析膜、醋酸纤维素膜、硝酸纤维素膜、混合纤维素膜、尼龙膜、色谱纸、聚醚砜膜、聚砜膜、亲水偏氟膜或玻璃膜中的一种。所述的步骤2中，膜孔径≤0.22μm。所述的步骤2中，水凝胶包括聚丙烯酰胺凝胶、葡聚糖凝胶G10、葡聚糖凝胶G25、葡聚糖凝胶G50、葡聚糖凝胶G75、葡聚糖凝胶G100、葡聚糖凝胶G150、葡聚糖凝胶G200或琼脂糖凝胶中的一种。所述的步骤2中，苯酚采集过程中，经检测水凝胶或膜内游离苯酚浓度为零。所述的步骤2中，采用的水凝胶或膜能够有效控制苯酚分子的扩散、不与苯酚分子发生化学作用、不能泄漏复合材料。所述的步骤2中，通过水凝胶或膜将纳米零价铁-碳基复合材料与水环境隔开，使得水凝胶或膜是纳米零价铁-碳基复合材料获取苯酚分子的唯一通道，所述的水凝胶或膜不与苯酚发生作用，控制苯酚的扩散过程，是该方法定量采集的基础和控制步骤。本专利技术的有益效果：本方法中碳基材料主要起结合苯酚的作用，使得膜或水凝胶内侧膜苯酚的游离浓度始终保持为零，在膜或水凝胶内外两界面间形成一个能够用于准确定量采集苯酚的恒定的浓度梯度，碳基材料的结合能力是保证该方法定量采集的先决条件。本方法中纳米零价铁主要起保护苯酚的作用，使得膜或水凝胶内侧碳基材料所累积的苯酚不受水环境中溶解氧和其他氧化性物质的影响，保障样品的真实性，能如实地反映水中苯酚的污染情况，从而提高环境监测结果的代表性和准确性。附图说明：图1为本专利技术实施例1采集的苯酚稳定性图。具体实施方式：下面结合实施例对本专利技术作进一步的详细说明。以下实施例中：水环境包括自然水环境和污水环境，其中，自然水环境包括地表水、地下水或海水等水环境；污水环境包括工业排放水、城市生活排放水或工业污水等水环境。根据待检测水环境的不同，相应添加不同质量的纳米零价铁-碳基复合材料，具体的：当水环境为自然水环境时，纳米零价铁-碳基复合材料添加量为1～50mg，其中：当添加1mg时，采集时间为4～12h；当添加10mg时，采集时间为4～72h；当添加20mg时，采集时间为4～144h；当添加50mg时，采集时间为4～360h；当水环境为污水环境时，纳米零价铁-碳基复合材料添加量为100mg，采集时间为4～360h；当碳基材料为活性炭或生物质活性炭时，碳基材料与Fe3+盐溶液按照质量比(2～100):1混合，其中，Fe3+盐溶液添加量以Fe3+的质量计；涉及的榛子壳或花生壳活性炭采用以下方法制备：取粒径≤200μm的榛子壳或花生壳，与固体ZnCl2二者按质量比为1:1混合均匀后，进行热解反应，热解温度为500℃，热解时间为2h，生成榛子壳或花生壳活性炭；葵花子壳活性炭采用以下方法制备：取粒径≤200μm的葵花子壳，与磷酸溶液二者按质量比为1:1(磷酸溶液添加量以溶液中磷酸溶质质量计)混合均匀后，进行热解反应，热解温度为500℃，热解时间为2h，葵花子壳活性炭；榛子壳/花生壳/葵花子壳活性炭与Fe3+盐混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过复合材料定量采集水环境中苯酚的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，纳米零价铁‑碳基复合材料制备：取碳基材料和Fe

【技术特征摘要】
1.一种通过复合材料定量采集水环境中苯酚的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，纳米零价铁-碳基复合材料制备：取碳基材料和Fe3+盐溶液，将二者混合后，进行热解反应或水热反应后，冷却至室温，获得纳米零价铁-碳基复合材料；步骤2，苯酚采集：取膜或水凝胶，将纳米零价铁-碳基复合材料置于膜或水凝胶内，将含有纳米零价铁-碳基复合材料的膜或水凝胶置于待采集水环境中进行苯酚采集，记录苯酚量并计算水环境中苯酚浓度，其中，所述的采集时间段为4～360h。2.根据权利要求1所述的一种通过复合材料定量采集水环境中苯酚的方法，其特征在于，所述的步骤1中，Fe3+盐溶液的溶质质量百分含量为0.01-20％，碳基材料与Fe3+盐溶液的混合、热解过程在惰性气体保护下进行；所述的纳米零价铁-碳基复合材料中纳米零价铁的质量百分含量为0.01-5％。3.根据权利要求1所述的一种通过复合材料定量采集水环境中苯酚的方法，其特征在于，所述的步骤1中，碳基材料包括：活性炭、生物质活性炭、碳纳米管溶液、石墨烯溶液、氧化石墨烯溶液或还原氧化石墨烯溶液。4.根据权利要求3所述的一种通过复合材料定量采集水环境中苯酚的方法，其特征在于，所述的步骤1中：当碳基材料为活性炭或生物质活性炭时，碳基材料与Fe3+盐溶液按照质量比(2～100):1混合，在管式炉或马弗炉中，进行热解反应，热解温度为800～1200℃，热解时间为1～4h，其中，Fe3+盐溶液添加量以Fe3+的质量计；当碳基材料为碳纳米管溶液、石墨烯溶液、氧化石墨烯溶液或还原氧化石墨烯溶液时，所述的碳基材料中溶质质量百分含量为0.5～1％；取碳基材料和Fe3+盐溶液混合时，还需加入还原剂，所述的还原剂与碳基材料和Fe3+盐溶液混合均匀后，进行水热反应，水热反应温度为200～230℃，反应时间为24h。5.根据权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：范洪涛，宋月先，尤楠，
申请(专利权)人：辽宁石油化工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21