PFOSとPFOAの吸着を目的とした加水分解安定磁性コアシェルアミノシランナノコンポジットの作製

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Chemosphere.2020 Jul;251:126384. S0045-6535(20)30577-4. doi: 10.1016/j.chemosphere.2020.126384.Epub 2020-02-29.

PFOSとPFOAの吸着を目的とした加水分解安定磁性コアシェルアミノシランナノコンポジットの作製

Fabrication of hydrolytically stable magnetic core-shell aminosilane nanocomposite for the adsorption of PFOS and PFOA.

Ding Yu Xing
Yihua Chen
Jiaxin Zhu
Tongzhou Liu

PMID: 32143082 DOI: 10.1016/j.chemosphere.2020.126384.

抄録

アミノシラン材料は、低コストで改質が容易なため、水からのパーフルオロ化合物（PFC）の吸着に大きな可能性を示してきました。しかし、この種の材料は、加水分解への耐性が低いことと、水マトリックスからの分離が困難であることの2つの欠点に直面している。本研究では、アミノシランの持つ収着サイトとγ-FeOの持つ磁性を最大限に利用して、N-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン(AE-APTMS)を磁性体γ-FeOナノ粒子の表面にグラフトする方法を提案した。FTIRとXRDの結果から、磁性AE-APTMSナノコンポジットが形成されていることが確認された。このコアシェルナノコンポジットは、pH=8.2で超常磁性と等電点を示した。特に，アミノプロピルトリエトキシシラン（APTES）ナノコンポジットと比較して，AE-APTMSナノコンポジットは，長めのアルキル鎖がアミノシランの脱離を阻害するため，48時間の吸着プロセスにおけるアミン基の損失が60％減少し，加水分解安定性が向上しました。AE-APTMSナノコンポジットは、静電相互作用と疎水性相互作用により、パーフルオロオクタンスルホン酸(PFOS)に対して78%、パーフルオロオクタノエート(PFOA)に対して65%の除去効率を示し、迅速な吸着を示した。磁性体AE-APTMSナノコンポジットの再生・再利用は、15回の脱着サイクルを経てもPFOSとPFOAの両方で70%以上の除去効率が得られ、便利に実現した。分離が容易な安定した磁性アミノシランナノコンポジットは、典型的なPFCsを水中から経済的かつ効果的に除去するための新たな戦略を提供する可能性がある。

Aminosilane materials, with their low cost and ease of modification, have exhibited great potential for the adsorption of perfluorinated compounds (PFCs) from water. However, this kind of material may be facing two drawbacks during its application: low resistance to hydrolysis and difficulties in separation from the water matrix. This work proposed a strategy of grafting N-(2-aminoethyl) aminopropyltrimethoxysilane (AE-APTMS) on the surface of magnetic γ-FeO nanoparticles by full utilization of the sorption sites provided by the aminosilane and the magnetism by γ-FeO. The FTIR and XRD results verified the formation of the magnetic AE-APTMS nanocomposite. The core-shell nanocomposite showed a superparamagnetic property and an isoelectric point at pH = 8.2. Particularly, compared to the aminopropyltriethoxysilane (APTES) nanocomposite, the AE-APTMS nanocomposite exhibited improved hydrolytic stability with 60% less loss of the amine groups during the 48 h adsorption process, as the longer alkyl chain hindered the aminosilane detachment. The AE-APTMS nanocomposite exhibited a rapid adsorption with the removal efficiency of 78% for perfluorooctane sulfonate (PFOS) and 65% for perfluorooctanoate (PFOA) due to the electrostatic interaction and hydrophobic interaction. The regeneration and reuse of the magnetic AE-APTMS nanocomposite were conveniently realized with the removal efficiency higher than 70% for both PFOS and PFOA even after 15 adsorption-desorption cycles. The stable magnetic aminosilane nanocomposite with the ease of separation may provide a new strategy to achieve the economical and effective removal of typical PFCs from water.