一种应用于水中低浓度吡虫啉去除的氧化石墨烯和磁性污泥生物炭复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于水中低浓度吡虫啉去除的氧化石墨烯和磁性污泥生物炭复合材料的制备方法，具体为，将污泥热解，然后利用Co(NO

【技术实现步骤摘要】
一种应用于水中低浓度吡虫啉去除的氧化石墨烯和磁性污泥生物炭复合材料的制备方法
本专利技术属于生物炭制备和水处理
，具体是涉及利用一种应用于水中低浓度吡虫啉去除的氧化石墨烯和磁性污泥生物炭复合材料的制备方法。
技术介绍
自20世纪90年代吡虫啉被商业化用于农业生产以来，新烟碱类农药的使用出现爆发性的增长，现已成为全球使用最广泛的杀虫剂。据2014年全球市场农药销售数据显示，新烟碱类农药的市场份额占全部杀虫剂份额的25％，其中吡虫啉，噻虫嗪和噻虫胺约占全部新烟碱类农药的85％。吡虫啉常用于玉米、小麦、水稻和果蔬等农作物的蚜虫、蓟马和飞虱等害虫的防治。吡虫啉能够通过充当乙酰胆碱受体抑制对害虫的神经中枢产生强烈的刺激作用，在极低的剂量水平下即可使害虫丧失记忆和觅食能力，同时降低其免疫能力。高浓度的吡虫啉能够对害虫产生麻痹作用甚至死亡。吡虫啉使用后能够在植物体内进行积累转移，同时有部分进入水体或土壤中。由于吡虫啉的广泛使用，其在全世界的地表和地下水体中被广泛检出(0.1ng-320μg/L)，包括荷兰、西班牙、美国等，其中以荷兰的地表水中的浓度最高。美国加利福尼亚和加拿大的农业区域吡虫啉的浓度分别为3.29和11.9μg/L。环境中较低的吡虫啉浓度致使其在环境中难以被检测到，但其在极低的浓度水平下仍然可对人和动物的健康产生较大的潜在威胁。同时吡虫啉具有较高的毒性和持久性的特点，其已经成为环境中的一种新型污染物。传统的污水处理技术并未设计用于去除新型污染物的设备，致使新型污染物通过排放进入地表和地下水，对生态安全造成了极大的潜在威胁。新的处理技术包括吸附、高级氧化和生物降解。高级氧化技术会产生巨大的能量消耗，处理成本高，同时过程中产生的降解产物可能会对环境造成更加严重的二次污染。生物降解技术对环境条件的要求严格，处理过程的周期较长，且对污染物的去除率相对较低。生物炭吸附技术是利用农业或工业废料经热解制成多孔的炭材料，原料获取容易，制备过程简单，成本低，对环境中的有机和无机污染物具有较好的去除能力。市政污泥是市政污水处理厂产生的主要固体废物，因其富含有机质使其能够经热解制成生物炭。大量研究表明，污泥生物炭由于其相对较差的物理化学性质使其对大分子有机污染物的吸附能力相对较弱，合适的改性方法能够显著提高其对污染物的去除能力。氧化石墨烯的主要成分是碳，且其拥有良好的孔隙结构和较多的含氧官能团，氧化石墨烯加载生物炭能够显著改善生物炭的物理化学性质，增强其吸附能力，同时不会向水体引入新的污染物。污泥生物炭吸附污染物后，如何实现其与水溶液的分离也是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
基于以上现有技术的不足，本专利技术所解决的技术问题在于提供一种对水中低浓度吡虫啉处理效果良好的一种氧化石墨烯和磁性污泥生物炭复合材料，同时能够实现处理后吸附剂与水溶液的高效分离。该处理技术既能够实现污泥的资源化利用，减少其对环境产生的二次污染，又能够实现水中低浓度吡虫啉高效去除的方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种氧化石墨烯和磁性污泥生物炭复合材料的制备方法，包含如下步骤：(1)污泥生物炭的制备：将污泥洗净烘干至恒重，磨碎，然后转移至通入氮气环境中热解，磨碎过筛，获得污泥生物炭SBC；(2)磁性污泥生物炭的制备：将Co(NO3)2·6H2O和FeCl3·6H2O加入超纯水中溶解，向上述溶液加入SBC，用NaOH调节pH至碱性，上述过程保持持续搅拌，然后烘干，转移至氮气保护环境下热解，磨碎过筛，获得磁性污泥生物炭CoFe2O4-SBC；(3)氧化石墨烯悬浮液的制备：将氧化石墨烯GO加入超纯水中进行超声均质处理，获得GO悬浮液；(4)氧化石墨烯和磁性污泥生物炭复合材料的制备：将步骤(2)制得的CoFe2O4-SBC加入步骤(3)制得的GO悬浮液中，超声均质处理，烘干置于高温管式炉中热解，磨碎过筛，获得氧化石墨烯和磁性污泥生物炭复合材料GO/CoFe2O4-SBC。作为上述技术方案的优选，本专利技术提供的应用于水中低浓度吡虫啉去除的氧化石墨烯和磁性污泥生物炭复合材料的制备方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：作为上述技术方案的改进，所述步骤(1)中，烘干温度为70-80℃；所述热解条件为氮气流速0.5-0.8L/min，温度上升速率为10-20℃/min，在400-600℃条件下热解90-120min；磨碎后过0.074-0.150mm筛。作为上述技术方案的改进，所述步骤(2)中，十二烷基磺酸钠和碳纳米管比例为1g:1-3g，加入100-150mL超纯水中。作为上述技术方案的改进，所述步骤(2)中，Co(NO3)2·6H2O、FeCl3·6H2O、超纯水与SBC的比例为3-6g：5.5-11g：100-150mL：4.7-9.4g，(Co2+:Fe3+＝1:2)；NaOH浓度为0.1-1mol/L，pH为10-12，搅拌器转速为300-400r/min，搅拌时间为30-60min；烘干温度为70-80℃，所述热解条件为氮气流速0.5-0.8L/min，温度上升速率为10-20℃/min，在400-600℃条件下热解90-120min；磨碎后过0.074-0.150mm筛。作为上述技术方案的改进，所述步骤(3)中，超声均质功率为300-400W，超声均质时间为30-60min。作为上述技术方案的改进，所述步骤(4)中，超声均质功率为300-400W，超声均质时间为30-60min；烘干温度为70-80℃，所述热解条件为氮气流速0.5-0.8L/min，温度上升速率为10-20℃/min，在400-600℃条件下热解90-120min；磨碎后过0.074-0.150mm筛。作为上述技术方案的改进，所述氧化石墨烯GO与CoFe2O4-SBC质量比为0.125-0.25g：2.5-5g。一种氧化石墨烯和磁性污泥生物炭复合材料，所述氧化石墨烯和磁性污泥生物炭复合材料是由上面所述的任一方法制备而成。一种氧化石墨烯和磁性污泥生物炭复合材料在水中低浓度吡虫啉去除中的应用，将污泥生物炭SBC、磁性污泥生物炭CoFe2O4-SBC和氧化石墨烯和磁性污泥生物炭复合材料GO/CoFe2O4-SBC作为吸附剂投加入低浓度吡虫啉的溶液中，吸附平衡后过滤膜即得去吡虫啉后的溶液。作为上述技术方案的优选，本专利技术提供的氧化石墨烯和磁性污泥生物炭复合材料在水中吡虫啉去除中的应用进一步包括下列技术特征的部分或全部：作为上述技术方案的改进，所述含吡虫啉的水溶液中吡虫啉的浓度为100-10000μg/L、pH为2-12；吸附剂投加量为0.05-0.5g/L。作为上述技术方案的改进，所述吸附反应温度为15-35℃。作为上述技术方案的优选，本专利技术提供的应用于水中低浓度吡虫啉去除的氧化石墨烯和磁性污泥生物炭复合材料的制备方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有如下有益效果：提供了利用氧化石墨烯和磁性污泥生物炭复合材料作为吸附剂去本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化石墨烯和磁性污泥生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：/n(1)污泥生物炭的制备：将污泥洗净烘干至恒重，磨碎，然后转移至通入氮气环境中热解，磨碎过筛，获得污泥生物炭SBC；/n(2)磁性污泥生物炭的制备：将Co(NO

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯和磁性污泥生物炭复合材料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
(1)污泥生物炭的制备：将污泥洗净烘干至恒重，磨碎，然后转移至通入氮气环境中热解，磨碎过筛，获得污泥生物炭SBC；
(2)磁性污泥生物炭的制备：将Co(NO3)2·6H2O和FeCl3·6H2O加入超纯水中溶解，向上述溶液加入SBC，用NaOH调节pH至碱性，上述过程保持持续搅拌，然后烘干，转移至氮气保护环境下热解，磨碎过筛，获得磁性污泥生物炭CoFe2O4-SBC；
(3)氧化石墨烯悬浮液的制备：将氧化石墨烯GO加入超纯水中进行超声均质处理，获得GO悬浮液；
(4)氧化石墨烯和磁性污泥生物炭复合材料的制备：将步骤(2)制得的CoFe2O4-SBC加入步骤(3)制得的GO悬浮液中，超声均质处理，烘干置于高温管式炉中热解，磨碎过筛，获得氧化石墨烯和磁性污泥生物炭复合材料GO/CoFe2O4-SBC。


2.如权利要求1所述的氧化石墨烯和磁性污泥生物炭复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，烘干温度为70-80℃；所述热解条件为氮气流速0.5-0.8L/min，温度上升速率为10-20℃/min，在400-600℃条件下热解90-120min；磨碎后过0.074-0.150mm筛。


3.如权利要求1所述的氧化石墨烯和磁性污泥生物炭复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，Co(NO3)2·6H2O、FeCl3·6H2O、超纯水与SBC的比例为3-6g：5.5-11g：100-150mL：4.7-9.4g，(Co2+:Fe3+＝1:2)；NaOH浓度为0.1-1mol/L，pH为10-12，搅拌器转速为300-400r/min，搅拌时间为30-60min；烘干温度为70-80℃，所述热解条件为氮气流速0.5-0.8L/min，温度上升速率为10-20℃/min，在400-600℃条件下热...

【专利技术属性】
技术研发人员：张祖麟，陈思宇，卢停妹，杨列，吴丽，马永飞，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42