[发明专利]提取土壤金属纳米颗粒的方法

说明书

本发明公开了一种提取土壤金属纳米颗粒的方法，其包括以下步骤：土壤经风干后研磨过筛，将过筛土壤混合均匀；在混合均匀的土壤中加入高纯水，对水土混合物进行水平震荡分散，震荡结束后再加入高纯水混合均匀，得到土壤液；对土壤液进行超声分散处理，随后除去沉降分层后的上清液，得到土壤黏土组分；对土壤黏土组分进行超声分散处理，将超声处理后的土壤黏土组分进行离心处理，提取上清液，得到土壤金属纳米颗粒前驱体；利用碳纳米薄膜对土壤金属纳米颗粒溶液前驱体进行过滤，得到土壤金属纳米颗粒溶液；对土壤金属纳米颗粒溶液进行冷冻干燥处理，得到土壤金属纳米颗粒。

技术领域

本发明涉及土壤化学领域，尤其涉及一种提取土壤金属纳米颗粒的方法。

背景技术

土壤金属纳米颗粒(Mineral Nanoparticles)是指在自然土壤形成过程中形成的粒径约为1-100纳米的结晶和无定形固体物质。纳米粒子在土壤中非常常见，是环境纳米粒子的最重要组成部分。研究表明，土壤中的纳米颗粒是环境中元素的重要载体，对元素的生物地球化学过程有重要影响；它控制土壤中重金属和有机污染物的迁移、转化、循环和生物有效性达功效效果。它强烈影响土壤发生、土壤理化特性和环境质量演变等重要环境过程。此外，纳米氧化铁等合成纳米粒子是控制土壤污染的新材料，在去除土壤中重金属和持久性有机污染物以及控制污染环境方面具有广阔的应用前景。因此，了解纳米粒子在土壤环境中的表面结构、微观形态、界面行为和功能及其环境效应机理是土壤与环境领域的一个重要发展趋势。这对理解土壤功效效果中重金属和有机污染物的迁移、转化和自净具有重要的理论意义，也是开发纳米材料修复污染环境的重要理论基础。例如，Hochella在2008年在Science，21Mar 2008:1631-1635发表相关论文，认为测量和理解起源、地理分布、相关纳米化学以及对地球系统的影响是地球科学未来面临的新挑战。

值得指出的是，纳米技术是一种广泛使用的新技术。合成纳米粒子的环境应用将导致这些物质进入环境。评估这些人造纳米粒子的环境风险非常重要，例如它们的流动性、反应性、生态毒理学、持久性和健康影响。因此，从土壤中提取纳米粒子是了解和研究土壤纳米粒子物理化学特性及其环境行为的重要技术。因为土壤纳米粒子具有不同于其他宏观粒子和微观分子的特殊特性，所以它们具有许多独特的物理和化学特性。为了了解纳米颗粒在土壤中的这些特性、环境行为和影响，有必要从土壤中分离和提取这些纳米颗粒。目前，土壤纳米科学研究的方法体系仍在探索之中，土壤纳米粒子的分离提取还缺乏系统的方法。

目前，分离提取土壤金属纳米颗粒的主要方法主要是震荡-沉降法、化学分散-沉降法、离心法和超滤法。这些方法重点解决了纳米颗粒的提取问题，但土壤中的纳米颗粒形态多样，并与土壤中不同的成分如有机质等存在显著的相互作用，如何将不同的纳米颗粒分离效果不理想，化学分散存在环境风险、物理分散的分散程度不足、提取时间长、提取量小、不经济等的缺点；此外目前采用的提取方法操作条件不够严格，提取产物尤其是粒度易引入人为误差；提取的纳米颗粒粒度范围变化大，且缺乏统一标准，不能确保分析的平行性和准确性。特别是对于污染土壤中金属纳米颗粒的提取，目前缺乏有效的方法。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种提取土壤中金属纳米颗粒的高效准确的方法，包括以下步骤：S1、研磨过筛：将待提取土壤样品去掉表层土壤，取适量土壤经风干后研磨过筛，将过筛土壤混合均匀；S2、土壤液配置：在混合均匀的所述土壤中加入高纯水，对水土混合物进行水平震荡分散，震荡结束后再加入高纯水混合均匀，得到土壤液；S3、土壤黏土组分配置：对所述土壤液进行超声分散处理，并静置沉降，根据所述土壤液的温度和Stokes方程计算出粒径小于100nm的土壤金属纳米颗粒沉降至某一特定位置的沉降时间，随后除去沉降分层后的上清液，得到土壤黏土组分；S4、离心提取：对所述土壤黏土组分进行超声分散处理，将超声处理后的土壤黏土组分进行离心处理，提取上清液，得到土壤金属纳米颗粒前驱体；S5、碳纳米薄膜过滤：利用碳纳米薄膜对所述土壤金属纳米颗粒溶液前驱体进行过滤，得到土壤金属纳米颗粒溶液；S6、对所述土壤金属纳米颗粒溶液进行超低温冷冻保存，至完全结冰后进行冷冻干燥处理，得到土壤金属纳米颗粒。