利用磁性可膨胀多孔β-环糊精聚合物实现城市森林微塑料污染治理及促进碳循环的方法

摘要

本发明涉及生物环保技术领域，公开了一种利用磁性可膨胀多孔β‑环糊精聚合物(Fe

说明书

技术领域

本发明属于生物环保技术领域，具体涉及一种利用磁性可膨胀多孔β-环糊精聚合物(Fe

背景技术

城市森林是城市绿化体系的重要组成部分，被广泛应用于提高城市生态环境、改善人们居住和工作环境质量等方面。但近年来，伴随着城市化进程的不断加快和人类消费行为的改变，城市森林中出现了越来越多的微塑料污染现象，给森林生态系统和人类健康带来了严重威胁。

微塑料是指粒径在1微米至5毫米之间的小颗粒或小片状塑料物质，来源包括市民生活和产业生产等多种途径。在城市森林中，微塑料同样会通过空气传播、水循环和人类活动等方式进入森林内部，对土壤质量、生物多样性和植被生长等方面产生负面影响，进而对城市森林的生态系统和碳循环产生一系列影响。由于城市森林中的植物、土壤和水体等组成部分都有可能受到微塑料的污染，因此影响因素比较复杂。微塑料进入土壤后，可能会影响土壤质量和水分持有能力，从而影响土壤微生物和植物的生长以及养分吸收能力，最终影响碳循环。微塑料进入城市森林的水系统中，影响水质和水生生物的生存和繁殖，从而影响碳循环中的水生生态系统。此外，微塑料还可能通过阻碍光合作用来影响碳循环过程。因此，研究和开发有效去除城市森林微塑料的技术具有重要意义，可以保护城市森林生态系统，提高城市生态环境质量，促进碳循环，同时更好地服务于城市可持续发展。

在过去十年中，对微塑料的科学研究表明，它们存在于大气、水生和陆地环境中，尤其是水体中的微塑料，对生态系统功能构成了极大地威胁，所以目前亟需对水体中微塑料污染进行清理，清理材料的选择也是需要考虑各种因素。

β-环糊精-Fe

发明内容

本发明的目的在于开发一种高效、可重复使用的可膨胀多孔β-环糊精修饰的四氧化三铁吸附剂，以及利用该吸附剂捕集和去除水体中微塑料颗粒，降低水体中微塑料污染水平中的应用。在聚氯乙烯(PVC)，聚丙烯(PP)，聚苯乙烯(PS)，聚乙烯(PE)四种常见的微塑料中，最高吸附效率高达98％。本发明制备的可膨胀多孔β-环糊精修饰技术属于一种新型环保材料制备技术，在材料制备方面具有创新性和实用性，也能够为环保领域的研究提供新思路和新方向，尤其能实现城市森林微塑料(MPs)污染治理及促进碳循环。

此外，本发明在实验条件下针对可膨胀多孔β-环糊精修饰的四氧化三铁吸附剂对微塑料的吸附性能进行了研究和探究，为该领域的理论和实践研究提供了有益的探索。本发明的上述目的通过以下技术手段实现:

一种磁性可膨胀多孔β-环糊精聚合物，由Fe

所述的Fe

称取0.80-0.90gFeCl

所述的T-E-CDP的制备方法如下：

0.75-0.85g TFP在15.00mL EPI中溶解，在85-90℃油浴中搅拌，6.10-6.20gβ-CD之前溶解在10.00-12.00mL 3mol L

进一步地，

加入0.25-0.35gFe

本发明制备的磁性可膨胀多孔β-环糊精聚合物粒径小于100nm。

本发明还提供了所述的磁性可膨胀多孔β-环糊精聚合物实现城市森林微塑料污染治理及促进碳循环的方法，将磁性可膨胀多孔β-环糊精聚合物用于吸附城市森林水体中的微塑料，并利用磁场回收；所述的磁性可膨胀多孔β-环糊精聚合物由Fe

进一步地，将一定量的磁性可膨胀多孔β-环糊精聚合物和含有微塑料的水体中混合超声后利用磁铁吸附。

更进一步的，混合120分钟后利用永磁体将微塑料碎片吸附并进行回收。

进一步地，水体中比例：1.2-1.3g/L磁性可膨胀多孔β-环糊精聚合物和1.0-1.1g/L的微塑料。

进一步地，合成Fe

(1)称取0.86g FeCl

(2)TFP(0.81g，4.05mmol)在EPI(15.00mL)中溶解，在90℃油浴中搅拌。接下来，β-CD(6.12g，5.39mmol)，之前溶解在氢氧化钠水溶液中(3mol L

(3)0.29gFe

进一步地，反应过程皆在N

所述的英文简写试剂包括：四氟对苯二甲腈(TFP,>99％)，四氢呋喃(THF)，环氧氯丙烷(EPI)，环糊精(β-CD)，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)。

本发明先制备四氧化三铁纳米颗粒，然后使用β-CD合成可膨胀多孔β-环糊精聚合物，进行可膨胀多孔β-环糊精聚合物对四氧化三铁纳米颗粒的表面修饰，形成网状结构，最后将吸附剂与微塑料混合在纯水中进行吸附。

相比现有技术，本发明具有的优点和有益效果在于:

1、可膨胀多孔性：该材料的多孔结构可以提高吸附剂表面积和活性位点，增强吸附效率。

2、借助该吸附剂可以在短时间内进行微塑料的吸附和去除，能够大大缩短微塑料的去除时间，增加处理效率。

3、本发明所述均为廉价易得的材料，能够极大的减少微塑料处理过程中的经济支出。

4、本发明能实现城市森林微塑料(MPs)污染治理及促进碳循环。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1：本发明制备的T-E-CDP、Fe

图2：本发明制备的Fe

根据Fe-O、C-H和O-H键的波动可以证明复合物含有Fe

图3：本发明制备的Fe

图4：本发明制备的Fe

图4图标中出现的粒径是微塑料(MPs)粒径；

乙烯(PVC)，聚丙烯(PP)，聚苯乙烯(PS)，聚乙烯(PE)

图5：本发明的Fe

图6:本发明Fe

具体实施方式

以下实验的实施例是对本发明的进一步阐述说明，不是对本发明的限制。下列实施例中未注明具体实验条件和方法，所采用的技术手段通常为本领域技术人员所熟知的常规手段。

实施例1Fe

Fe

T-E-CDP：TFP(0.81g，4.05mmol)在EPI(15.00mL)中溶解，在90℃油浴中搅拌。接下来，β-CD(6.12g，5.39mmol)，之前溶解在氢氧化钠水溶液中(3mol L

实施例2Fe

0.29gFe

实施例3Fe

分别将12mg PS、PVC、PP、PE(粒径分别为150um、75um、50um)与12mg Fe

上述实施例仅用于解释说明本发明的发明构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明相关细节进行非实质性各种修改和替换，均应落入本发明的保护范围之内。