一种甲卡西酮吸附剂及其应用

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种甲卡西酮吸附剂及其应用。

背景技术

新精神活性物质又称“策划药”或“实验室毒品”，是不法分子为逃避打击而对管制毒品进行化学结构修饰得到的毒品类似物，被人体摄入后影响思维、情感、意志和行为的物质，具有与管制毒品相似或更强的兴奋、致幻和麻醉等效果。

当前，新精神活性物质被广泛滥用，随着排泄物进入污水，其具有生物活性强、不挥发和难以生物降解的特点，能够在水环境中累积，对水生生态系统造成污染，影响水生生物的生长。而且，新精神活性药物的人为滥用量不断增加，其向水环境输入是持久的，因此不可忽视其对水生生物的生态影响。目前国内外已有相关研究表明新精神活性物质在城市污水和地表水等环境水体中有广泛的检出，尤其是甲卡西酮。因此，一种对甲卡西酮具有选择性吸附性能的吸附剂对降低生态环境风险具有重要的科学和实际意义。

现有的吸附剂中化学位点与污染物进行吸附作用具有广谱性，不能高特异性去除甲卡西酮；而且化学位点有限，吸附效率低。

发明内容

针对以上问题，本发明目的在于提供一种甲卡西酮吸附剂，该吸附剂是以柚子果皮为生物炭原料，通过磁化，碳化，并引入金属有机框架和功能性改性剂低共熔溶剂制成的，其结构稳定，具有多功能官能团，增加了化学位点，具有对甲卡西酮显著的特异性吸附功能，而且吸附效率可以达到80％以上。

为了达到上述目的，本发明可以采用以下技术方案：

本发明提供一种甲卡西酮吸附剂，其制备方法包括：(1)将活化柚子果皮生物质与四氧化三铁纳米磁性材料混合，干燥，热解得Fe

本发明另一方面提供一种上述甲卡西酮吸附剂在污水处理中的应用。

本发明有益效果包括：

(1)本发明提供的甲卡西酮吸附剂对甲卡西酮具有显著的吸附特异性，而且吸附效率可以达到80％以上；

(2)本发明提供的甲卡西酮吸附剂具有外磁场下易于回收的磁性结构，从而克服了现有吸附剂不易从废水中回收的问题，从而可以避免水体二次污染。

附图说明

图1为本发明实施例1所用的Fe

图2为本发明实施例1所用的Fe

图3为本发明实施例1所用的Fe

图4为本发明实施例1制备的纳米磁性吸附剂对甲卡西酮的吸附能力测试曲线；

图5为本发明实施例1制备的纳米磁性吸附剂对甲卡西酮的选择性吸附能力测试图；

图6为不同温度管式炉热解制备得到的Fe

图7为不同Fe

图8为不同的低共熔溶剂种类制备得到的吸附剂对甲卡西酮的吸附效率情况；

图9为不同的Fe

具体实施方式

所举实施例是为了更好地对本发明进行说明，但并不是本发明的内容仅局限于所举实施例。所以熟悉本领域的技术人员根据上述发明内容对实施方案进行非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

本文中使用的术语仅用于描述特定实施例，并且无意于限制本公开。除非在上下文中具有明显不同的含义，否则单数形式的表达包括复数形式的表达。如本文所使用的，应当理解，诸如“包括”、“具有”、“包含”之类的术语旨在指示特征、数字、操作、组件、零件、元件、材料或组合的存在。在说明书中公开了本发明的术语，并且不旨在排除可能存在或可以添加一个或多个其他特征、数字、操作、组件、部件、元件、材料或其组合的可能性。如在此使用的，根据情况，“/”可以被解释为“和”或“或”。

本发明实施例提供一种甲卡西酮吸附剂，其制备方法包括：(1)将活化柚子果皮生物质与四氧化三铁纳米磁性材料混合，干燥，热解得Fe

需要说明的是，步骤(1)中的柚子果皮生物质活化的方法为本领域所已知，在一些具体实施例中，可以包括：柚子果皮洗净、烘干；用粉碎机对其进行破碎、研钵研磨，用筛子进行筛分得柚子果皮粉末；然后将柚子果皮粉末与和KOH水溶液混合，搅拌均匀后，静置得到活化的柚子果皮生物质；其中筛子可以根据实际情况进行选择，一般选择100目筛子；静置时间可以根据具体情况进行设置，一般设置3h。

还需要说明的是，步骤(1)中的四氧化三铁纳米磁性材料是通过本领域所已知的方法进行制备，比如共沉淀法，在一些具体实施例中，可以包括：按照一定量摩尔比称量二价铁盐和三价铁盐，在氮气保护下，将二价铁盐和三价铁盐加入用水浴加热并保温在55℃-65℃的含有100mL-120mL去离子水的三颈烧瓶中，然后搅拌25min-35min后，继续在搅拌条件下快速加入8mL-12mL质量浓度为28％-30％的浓氨水溶液，加完后保温30min-35min得四氧化三铁纳米磁性材料；其中，二价铁盐和三价铁盐的摩尔比可以为1：(1-3)。

还需要说明的是，步骤(2)中和步骤(3)中的修饰方法可以采用本领域所已知的方法，在一些具体实施例中，可以包括：将待修饰的物质(比如Fe

还需要说明的是，步骤(2)中使用ZIF-8修饰Fe

还需要说明的是，上述甲卡西酮吸附剂的制备方法中，将柚子果皮生物质和四氧化三铁纳米磁性材料混合在一起是为了让铁在材料中均匀分散，热解之后才会形成磁性生物炭材料；先使用ZIF-8是为了改善材料的孔隙结构，从而为低共熔溶剂的引入提供更多的位点。

在一些具体实施例中，上述甲卡西酮吸附剂中，制备方法的步骤(1)中的热解的温度可以为400℃-600℃。

需要说明的是，不同的热解温度制备的Fe

还需要说明的是，在一些具体实施例中，Fe

在一些具体实施例中，上述甲卡西酮吸附剂中，制备方法的步骤(2)中，ZIF-8与Fe

需要说明的是，不同ZIF-8与Fe

还需要说明的是，ZIF-8优选活化后的ZIF-8，活化的方法为本领域所已知的方法，活化温度可以为100℃-200℃。

在一些具体实施例中，上述甲卡西酮吸附剂中，制备方法的步骤(3)中，Fe

在一些具体实施例中，上述甲卡西酮吸附剂中，制备方法的步骤(3)中，低共熔溶剂的制备方法为本领域所已知的，比如包括：将氯化胆碱和氢键供体(乙二醇、甘油、苯乙醇或尿素)以1:(1-4)摩尔比加入到用水浴加热并保温在85℃-95℃反应，直至反应而合成均匀透明溶液。

本发明另一实施例提供一种上述甲卡西酮吸附剂在污水处理中的应用。需要说明的是，可以将上述的甲卡西酮吸附剂用于处理污水中的新精神活性物质，尤其是甲西卡酮。本发明中的吸附剂不仅可以显著提高对甲西卡酮吸附的特异性和吸附效率，还可以依靠吸附剂的磁性快速从溶液中分离，不易损失，避免二次污染，具有良好的再生能力；另外，本发明中的吸附剂是以农业废弃物柚子果皮为原料，有利于减少环境污染。

为了更好地理解本发明，下面结合具体示例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的示例。

以下实施例中，吸附效率和吸附量(Q，μg/g)和吸附率(％)按照以下方法进行测试和计算：称量3mg的吸附剂样品1放入5mL的玻璃小瓶中，然后加入3mL不同初始浓度的甲卡西酮溶液(浓度分别为：20μg/L-2000μg/L)，于25℃，180rpm条件下进行充分振荡60min；对照品中，不加入待检测吸附剂样品，其他操作相同；然后通过外磁场进行固液分离，上清液通过0.22μm滤膜；滤膜用于分析甲卡西酮的残留量，用LC-MS/MS进行检测；吸附量(Q，μg/g)和吸附率(AD，％)分别根据方程(1)和方程(2)进行计算：

其中，C

实施例1

(1)柚子果皮生物质制备：柚子果皮洗净、烘干；用粉碎机对其进行破碎，研钵研磨，用100目的筛子进行筛分；称取1:1筛分后的柚子果皮粉末和KOH固体分别放入烧杯中，用20mL去离子水溶解KOH形成KOH溶液，将KOH溶液加入到柚子果皮粉末中，搅拌均匀后，静置3小时得到活化的柚子果皮生物质；

(2)通过共沉淀法制备磁性纳米材料Fe

(3)通过后修饰法制备Fe

(4)通过后修饰法制备Fe

将上述制备得到的Fe

将上述制备得到的Fe

将上述中的Fe

将上述制备的Fe

将上述制备的Fe

实施例2

将实施例1中步骤(2)中的500℃分别设置为400℃、600℃和700℃，其他步骤同实施例1，分别制备得到Fe

分别测试实施例1中制备的Fe

实施例3

将实施例1中步骤(3)中的金属有机框架ZIF-8粉末分别设置添加量为5mg和20mg，其他步骤同实施例1，分别制备得到Fe

分别测试实施例1中制备的Fe

实施例4

将实施例1中步骤(4)中的ChCl-EG低共熔溶剂分别替换为ChCl-Gly(氯化胆碱-甘油)低共熔溶剂、ChCl-PA(氯化胆碱-苯乙醇)低共熔溶剂和ChCl-U(氯化胆碱-尿素)低共熔溶剂，其他步骤同实施例1，分别制备得到Fe

分别测试实施例1中制备的Fe

ChCl-U对甲卡西酮的吸附效率，结果如图8所示，不同的低共熔溶剂与Fe

实施例5

将实施例1中步骤(4)中的ChCl-EG低共熔溶剂的添加量分别设置成3mL、10mL和15mL，其他步骤同实施例1，分别制备得到Fe

分别测试实施例1中制备的Fe

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围。