磁氧化石墨烯高效吸附稻米重金属机理研究

Heavy metal pollution is one of the negative effects with China's rapid economic development. As the high toxicity and enrichment through the food chain of heavy metal, the detection and treatment of heavy metal pollution were received serious attention. Graphene as a new functional nanomaterials are widely used in adsorption of organic and inorganic contaminants in the environment. Based on functionalized graphene oxide nanomaterials, heavy metal adsorption and enrichment research are hot in the area of heavy metal detection and control. This project intend to synthesize magnetic graphene oxide nanocomposite Fe3O4/GO by oxidation-reduction method and chemical precipitation method. Fe3O4/GO nanocomposite is then modified by ionic liquid and researched on multi-heavy metal ions adsorption mechanism. Then the adsorption models are established and the adsorption effect will be studied between the functional Fe3O4/GO and heavy metals in rice matrix. At last amino acids in food complex matrix combined with Cd (II), Pb (II), Cu (II) and Hg (II) are identified. This could lay the foundation for the application of graphene for adsorption and detection heavy metal in soil, air and foods.

重金属污染是中国经济快速发展带来的负面效应之一，由于重金属具有高毒性和通过食物链富集的特点，近年来重金属检测和治理得到国家的高度重视。石墨烯作为新兴的功能纳米材料广泛应用于环境有机污染物和无机污染物的吸附研究，通过功能氧化石墨烯纳米材料对多种重金属吸附和富集成为重金属检测和治理领域的研究热点。本项目拟通过氧化还原法合成氧化石墨烯和化学共沉淀法制备磁氧化石墨烯纳米复合体，然后通过静电亲和的方法修饰上具有重金属吸附性能的两性离子液体，研究磁氧化石墨烯和两性离子液体对多种重金属离子的吸附机理，建立吸附模型，研究其对稻米复杂基质中重金属Cd(II)、Pb(II)、Cu(II)和Hg(II)吸附效果，并对稻米中与重金属结合的氨基酸进行鉴定，为应用石墨烯在土壤、空气、食品中重金属的吸附和检测奠定基础。

近年来，磁纳米粒子及其功能化复合材料的制备引起人们的广泛关注，已经在生命科学、化学分析、基础科学等领域取得了丰硕的研究成果。.本项目主要研究一下几方面的内容：1，磁四氧化三铁及其纳米复合体的制备。主要包括制备磁四氧化三铁纳米材料（Fe3O4）、磁氧化石墨烯（Fe3O4/GO）、氨基酸（Fe3O4@SiO2-NH2）三种材料的合成。2，研究和分析Fe3O4、Fe3O4/GO和Fe3O4@SiO2-NH2对湖水中的多种重金属的同时快速吸附动力学和选择性。3，基于Fe3O4@SiO2-NH2对Pb的高选择性，建立Fe3O4@SiO2-NH2对湖水中Pb(II)的快速吸附和试纸条的侧向流动免疫检测的方法，灵敏度提高5倍。4，研究Fe3O4/GO缓解土壤中韭菜铅中毒效果，并分析周期性生长特性对吸附铅的影响。.相关研究结果表明，根据TEM、FTIR、XRD等表征手段，可清楚、明晰的表明成功合成了三种磁纳米材料。通过对湖水中多种金属元素的吸附结果进行分析，结果表明Fe3O4@SiO2-NH2对Pb、Fe和Al具有非常高的吸附率；而Fe3O4/GO对除了Ca、Mg之外都具有很好的吸附效率，Fe3O4对的吸附选择性和效率在Fe3O4@SiO2-NH2和Fe3O4/GO之间。接下来，选择优化Fe3O4@SiO2-NH2富集和洗脱湖水中铅的条件，表明在中性条件下吸附，在弱酸性条件（0.02M HCl）下可以进行快速洗脱（2 min），通过简单的pH调节后，既可以与重金属试纸条配合进行快速检测，与没有富集的检测结果相比，灵敏度提高4倍。通过肉眼观察即可判断湖水中有超过10 ng/mL的铅超标。最后，选择Fe3O4/GO添加到土壤中，观察对韭菜周期性生长规律和铅中毒的影响。结果表明：在25、50、75、100d收割时，添加Fe3O4/GO和Pb的实验组比只添加Pb的实验组韭菜中的Pb含量分别减少37.89%、39.10%、73.86%、47.17%，并且纳米材料可以阻止Pb进如韭菜，但自身不会迁移到韭菜中。.通过本项目的研究，表明不同的磁纳米材料具有不同的重金属吸附选择性，在实际应用过程中需要考虑其选择性。磁富集-横向层析试纸条的结果表明，后期可以通过磁纳米材料实现原位富集检测，在检测灵敏度上更进一步，同时可以简化操作。另外由于纳米材料最终会排到土壤中，所以评价纳米材料的生物作用和安全性是未