磷酸铁在重金属污染物检测与去除中的应用研究

The unique local structures of iron phosphate have the potential for the adsorption of various species. Study on its applications in the determination and removal of heavy metal pollutants is of great significance. This project intends to study the adsorption performance difference on heavy metal ions of iron phosphate with different scales and morphologies, explore the adsorption mechanism, and select the scale and morphology most suitable for heavy metal removal. Carbon materials are functionalized by iron phosphate to reduce their non-specific adsorption and improve their selectivity and sorption capacity for heavy metals. Magnetic iron phosphate nanoparticles with core-shell structure are prepared to be applied for heavy metal adsorption and separation, which may strengthen environmental protection in the application of iron phosphate, and avoid secondary pollution to the environment. Selective adsorption and separation/preconcentration of trace heavy metals in environmental samples using above-mentioned materials as novel solid phase adsorbents are achieved, quantitative detection system for trace heavy metals in complex matrix are developed to be applied for the analysis of real samples. The study of this project will provide theoretical guidance and technical support for developing novel cost-effective and efficient adsorbents and promoting the removal of heavy metal pollutants from the environment, and expand the application of iron phosphate in the field of the preconcentration of trace heavy metals and the pretreatment of environmental samples.

磷酸铁本身独特的结构特点使其有可能用来吸附多种组分，研究其在重金属污染物检测与去除中的应用具有重要的意义。本项目拟研究不同尺度和形貌的磷酸铁对重金属离子吸附性能的差异，阐明磷酸铁对不同离子的吸附作用机理，优选出最适合重金属去除的磷酸铁吸附材料的尺度和形貌；将磷酸铁修饰在碳材料上，降低碳材料的非特异性吸附，提高碳材料对重金属的吸附选择性和吸附容量；制备核壳结构的磁性磷酸铁纳米粒子并用于重金属的吸附分离，加强磷酸铁在应用中的环保，以免对环境造成二次污染；将上述磷酸铁吸附材料作为新型固相萃取材料应用于选择性吸附和分离富集环境样品中的痕量重金属，发展复杂基体中痕量重金属元素的定量分析检测系统，并应用于实际样品检测。该项目的研究将为开发新型低成本高效的磷酸铁吸附材料，促进环境中重金属污染物的去除提供理论指导与技术支持，并开拓磷酸铁在痕量重金属元素预富集和环境样品预处理等领域中的应用。

本项目以研究不同尺度和形貌的磷酸铁对重金属离子的吸附性能为切入点，探讨其对重金属的吸附机理，以该吸附材料作为新型固相萃取材料，开发复杂基体中痕量重金属元素的定量分析检测系统，并应用于实际样品检测。.制备磁性磷酸铁纳米粒子并用于重金属的吸附分离，加强磷酸铁在应用中的环保，以免对环境造成二次污染。采用液相沉积法在Fe3O4纳米颗粒表面包覆磷酸铁，制备具有核壳结构的超顺磁性Fe3O4@FePO4纳米颗粒，通过VSM、SEM、XPS、XRD、FI-IR、Zeta电位分析、拉曼等对所制备的材料进行表征并辅助进行吸附机理的研究。Fe3O4@FePO4被用于吸附重金属镉，其超顺磁性有利于从水溶液中快速预浓缩痕量镉。初步研究表明，Cd(II)在Fe3O4@FePO4纳米颗粒表面的吸附机理可能与静电作用、离子插入和配位有关。在pH7，~100％Cd(II)即可吸附在Fe3O4@FePO4纳米粒子的表面上。依Langmuir模型可推得其最大吸附容量为13.51 mg g-1。保留的Cd(II)可被0.01 mol L-1的HNO3定量回收，并由ETAAS测定。样品体积为2000 µL，富集倍率为10.3，检出限为0.021 µg L-1，线性范围为0.05-0.5 µg L-1，精密度为1.3%。所建立的磁固相萃取方法已通过一个标准物质和两个环境水样进行了成功验证。.将磷酸铁修饰在碳材料上，降低碳材料的非特异性吸附，提高碳材料对重金属的吸附选择性和吸附容量。将磷酸铁包覆在多壁碳纳米管表面，得到磷酸铁功能化多壁碳纳米管。研究表明，氧化多壁碳纳米管在所研究的pH范围内对Cr(VI)和Cr(III)的吸附没有选择性，而经磷酸铁包覆后，在pH 6.0-8.5可以选择性吸附Cr(III)。多壁碳纳米管包覆前后对Cr(III)的最大吸附容量分别为7.62 mg g-1和17.92 mg g-1。Cr(III)在磷酸铁功能化多壁碳纳米管上的吸附可能与静电作用和配位有关。.以花粉为模板，制备磷酸铁花粉微球，对铅元素表现出了优良的吸附性能，可利用其吸附Pb2+，Cu2+，Cd2+，Ni2+，Co2+，Cr3+等多种金属离子，有望成为一种实用新型环保的重金属吸附材料。.本项目的成功实施有助于开发新型低成本高效的磷酸铁吸附材料，为促进环境中重金属污染物的去除提供理论指导与技术支持，并开拓磷酸铁在痕量重金属元