两亲Janus纳米浮选剂的制备及其协助泡沫浮选去除水中全氟化合物的方法

本发明涉及水体中全氟化合物去除的，尤其是涉及一种两亲janus纳米浮选剂的制备及其协助泡沫浮选去除水中全氟化合物的方法。

背景技术：

1、全氟化合物(pfcs)是一种具有持久性、生物累积性和潜在生物毒性的新兴污染物，已受到科学界的高度关注。典型pfcs如全氟辛基磺酸(pfos)和全氟辛酸(pfoa)以其独特的物理化学特性如疏水/疏油性、热稳定性和耐酸/碱等性质，广泛应用于各类消费品和工业应用中。其大规模生产和使用不可避免地会被释放到水环境中，引发难以预料的环境危害和生态毒性。常规水处理工艺如混凝、沉淀、过滤、消毒等过程难以去除pfcs，因此开发高效的pfcs去除技术成为水环境治理的重点之一。

2、近年来报道去除pfcs的代表性专利有：①一种选择性去除短链全氟化合物的功能调控纳滤膜(cn202311356082.9)；②一种去除水中全氟化合物的吸附材料及其制备方法和应用(cn202211675105.8)；③光电催化协同prb法去除地下水中全氟化合物的方法(cn202210809941.4)；④一种强化人工湿地去除水中全氟化合物的系统和方法(cn202110466288.1)。上述专利中所采用的膜处理法、吸附法、化学氧化法和生物降解法尽管实现了pfcs的高效去除，但一定程度上存在着成本高、投资大和产业化难度高的问题。基于气-液界面吸附的泡沫浮选具备处理量大、效率高、能耗低等工程优势，成为富集/回收pfcs的重要手段。然而以表面活性剂为主的常规浮选剂(起泡剂和捕收剂)存在稳泡性不足和捕收效率差的技术缺陷。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种两亲janus纳米浮选剂的制备方法，该方法制备得到的两亲janus纳米浮选剂稳泡性好，对于pfcs的捕收效率高。

2、本发明的第二目的在于提供上述两亲janus纳米浮选剂的制备方法。

3、本发明的第三目的在于提供上述两亲janus纳米浮选剂在水体中全氟化合物去除中的应用。

4、本发明的第四目的在于提供一种去除水中全氟化合物的方法。

5、为了实现以上目的，特采用以下技术方案：

6、第一方面，本发明提供了一种两亲janus纳米浮选剂的制备方法，包括以下步骤：

7、a.将亲水纳米二氧化硅(snp)采用水润湿，然后分散于有机溶剂中，再于此有机溶剂中添加氟基硅烷偶联剂进行反应，反应结束后制备得到氟化纳米二氧化硅；所述亲水纳米二氧化硅和水的质量比为1:1-5:1；

8、b.将a步骤制备得到的氟化纳米二氧化硅于有机溶剂中分散，然后在此有机溶剂中添加氨基硅烷偶联剂进行反应，反应结束后制备得到两亲janus纳米浮选剂。

9、作为进一步技术方案，所述有机溶剂包括苯、甲苯、二甲苯、环己烷或环己酮中的至少一种。

10、作为进一步技术方案，a步骤中，反应过程中，氟基硅烷偶联剂的浓度为0.16-0.83mmol/l。

11、作为进一步技术方案，所述氟基硅烷偶联剂包括十七氟癸基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷或九氟己基三甲氧基硅烷中的至少一种。

12、作为进一步技术方案，b步骤中，反应过程中，氨基硅烷偶联剂的浓度为4.2-20.8mmol/l。

13、作为进一步技术方案，所述氨基硅烷偶联剂包括氨基硅烷选择3-氨基丙基三甲氧基硅烷或3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

14、第二方面，本发明提供了一种两亲janus纳米浮选剂，采用上述制备方法制备得到。

15、第三方面，本发明提供了上述两亲janus纳米浮选剂在水体中全氟化合物去除中的应用。

16、第四方面，本发明提供了一种去除水中全氟化合物的方法，采用泡沫浮选的方法去除水体中的全氟化合物；

17、所述泡沫浮选的浮选剂包括上述两亲janus纳米浮选剂。

18、作为进一步技术方案，包括如下步骤：

19、将含有全氟化合物的水溶液与所述两亲janus纳米浮选剂混合，调节ph至5.0～9.0后作为进料液注入泡沫浮选塔中进行泡沫浮选，待泡沫不能从泡沫浮选塔顶端流出时停止通气，完成对水溶液中全氟化合物的去除。

20、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

21、1.本发明提供的两亲janus纳米浮选剂的制备方法，简单方便，通过在snp表面接枝疏水和亲水官能团，实现两亲janus结构。长c-f链和氨基的分别引入获得疏水和亲水的两亲结构，使该浮选剂不可逆地吸附于气液界面进而发挥高效稳泡作用；氨基通过静电作用驱动阴离子pfcs从水溶液中迁移至浮选剂周围，c-f链作为识别位点基于疏水亲氟作用与pfcs实现强结合，进而发挥选择性捕收作用。

22、本发明提供的两亲janus纳米浮选剂不仅可以作为起泡剂，而且可以作为捕收剂，也就是说该浮选剂不仅在泡沫浮选过程中产生稳定的泡沫，而且有效捕获pfcs，使得pfos和pfoa更容易吸附在气-液界面上，以此来达到去除pfos和pfoa的目的。

23、2.本发明提供了一种基于本发明纳米浮选剂的泡沫浮选技术，能够用于去除水体中pfcs，泡沫浮选具有设备简单、投资少、耗能小、无污染和操作简单等优点，工业化前景好。

24、3.泡沫浮选塔的选用可大幅降低消泡液体积，从而使两亲janus纳米浮选剂其靠自然沉降产生沉淀，进而有利于后续的解吸和重复利用。

25、4.通过本发明开发的新型浮选剂和浮选工艺，有效提高了pfos和pfoa的去除率。

26、5.泡沫浮选后的消泡液沉降处理后的上清液可再次进入调节池，使得未去除的pfos和pfoa继续处理，解吸后的两亲janus纳米浮选剂也可循环利用。

技术特征：

1.一种两亲janus纳米浮选剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括苯、甲苯、二甲苯、环己烷或环己酮中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，a步骤中，反应过程中，氟基硅烷偶联剂的浓度为0.16-0.83mmol/l。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氟基硅烷偶联剂包括十七氟癸基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷或九氟己基三甲氧基硅烷中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，b步骤中，反应过程中，氨基硅烷偶联剂的浓度为4.2-20.8mmol/l。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氨基硅烷偶联剂包括氨基硅烷选择3-氨基丙基三甲氧基硅烷或3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

7.一种两亲janus纳米浮选剂，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的制备方法制备得到。

8.权利要求7所述的两亲janus纳米浮选剂在水体中全氟化合物去除中的应用。

9.一种去除水中全氟化合物的方法，其特征在于，采用泡沫浮选的方法去除水体中的全氟化合物；

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结本发明提供了一种两亲Janus纳米浮选剂的制备及其协助泡沫浮选去除水中全氟化合物的方法，涉及水体中全氟化合物去除的技术领域。本发明提供的两亲Janus纳米浮选剂的制备方法，通过在SNP表面接枝疏水和亲水官能团，实现两亲Janus结构。长C‑F链和氨基的分别引入获得疏水和亲水的两亲结构，使该浮选剂不可逆地吸附于气液界面进而发挥高效稳泡作用。本发明提供的两亲Janus纳米浮选剂不仅在泡沫浮选过程中产生稳定的泡沫，而且有效捕获PFCs，以此来达到去除PFOS和PFOA的目的。技术研发人员：胡楠,李艳菲,张志军,高鸣悦,李佳琪,张致荣受保护的技术使用者：中北大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18