氧化石墨烯接枝硅胶整体柱的制备及在多环芳烃检测中应用

发布时间：2020-03-30 16:43

【摘要】：石墨烯(Graphene,G)是一种新型的二维蜂窝状结构的碳纳米材料,具有较大的比表面积和较强的机械性能。氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)是石墨烯的一种衍生产物,可通过石墨的氧化、剥离制得,GO拥有和G类似的结构特点,只是在其片层表面增加了丰富的羧基、羟基等活性含氧官能团,具有良好的水分散性,易于共价或非共价方式修饰于各种分离材料或载体,制得优质萃取性能材料,在样品前处理等分离科学领域具有良好应用前景。硅胶整体柱是一种常用的萃取介质,具有连续的多孔结构,通透性好且易于修饰。将GO接枝到硅胶整体柱表面,有利于提高整体柱的选择性和分离富集性能。多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)广泛存在于环境中,具有致癌、致畸、致突变性,样品含量低,基质复杂,检测前需经有效前处理过程。本文通过酰胺化反应将GO接枝到自制的氨基化硅胶整体柱表面,制得了GO接枝硅胶整体柱。以此为固相微萃取介质,结合高效液相色谱-紫外检测(HPLC-UV),建立了对PAHs简便、高效、灵敏的萃取检测方法,并用于实际样品的检测,结果满意。实验结果如下:(1)利用改进的Hummers法制得GO,并借助于傅里叶变换红外和拉曼光谱对制备的GO进行结构表征,结果表明制备的GO具有较高的氧化程度且含有丰富的羧基等官能团。(2)采用溶胶-凝胶法,通过四甲氧基硅烷(TMOS)的原位聚合,制备了硅胶整体柱,再利用氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)引入氨基,最后通过酰胺化反应将GO接枝到整体柱表面,制得GO接枝硅胶整体柱。经过预处理的毛细管制备出的整体柱无脱壁、断层等现象。实验优化后将各物质用量确定为:0.90 mL TMOS、0.10 g PEG、0.22 g Urea、2 mL,0.01 mol/L HAc、1 mL APTMS甲醇溶液。GO最佳接枝条件为:1mL,0.02 mg/mL GO水分散,40℃反应6 h。利用扫描电镜、元素分析和拉曼光谱对新制备的GO接枝硅胶整体柱进行了表征分析,整体柱通透性良好,且GO具有较高的键合量。(3)以GO接枝硅胶整体柱为萃取介质,结合高效液相色谱-紫外检测,考察了其对典型PAHs芘(Pyr)、苯并[a]芘(BaP)、苯并[a,h]蒽(DahA)的萃取富集性能。实验在优化条件下测得整体柱对Pyr、BaP、DahA的富集倍数分别达到了78.5、98.2、102.4,萃取容量分别达到0.15μg、0.22μg、0.26μg。GO与PAHs之间的π-π堆积作用和疏水作用使整体柱对典型PAHs表现出较强的富集能力。实验建立了对芘(Pyr)、苯并[a]蒽(BaA)、?(Chr)、苯并[b]荧蒽(BbF)、苯并[k]荧蒽(BkF)、苯并[a]芘(BaP)、二苯并[a,h]蒽(DahA)、苯并[g,h,i]傒(BghiA)、茚并[1,2,3-c,d]芘(InP)等9种PAHs的定量分析方法,方法检出限为0.02-0.11μg/L(LOD,S/N=3),定量限为0.07-0.36μg/L(LOQ,S/N=10),9种PAHs在0.1-150μg/L的浓度范围线性关系良好(R~2≥0.9947)。GO接枝硅胶整体柱具有优异的富集、分离效果。(4)利用新建立的PAHs分析方法对20个实际样品(香烟烟气、焦化厂废水和大气颗粒物)的PAHs含量进行了检测。实际样品中3个不同浓度水平的PAHs加标回收率为81.5%-107.8%,相对标准偏差(RSD)在1.0%-6.5%(n=3)之间。新制备的GO接枝硅胶整体柱对典型PAHs表现出较高的萃取富集能力,建立的检测方法准确灵敏、简便可靠,为低含量实际样品PAHs的检测提供了新途径。
【图文】：

氧化石墨,结构示意图

图 1.1 氧化石墨烯结构示意图Fig1.1 The structural of graphene oxide]对 GO 在不同极性溶剂中的分散性进行了考察。在水和化石墨，超声处理 1h。超声后放置三周的效果与刚超声后发现，，氧化石墨在所选溶剂中均可通过超声剥离成单层的几微米到几百纳米之间。GO 在乙二醇、四氢呋喃（THFMP）、N，N - 二甲基甲酰胺（DMF）和水中均有稳定的

氧化石墨,分散效果,不同溶剂,分散性

图 1.1 氧化石墨烯结构示意图Fig1.1 The structural of graphene oxideredes 等[16]对 GO 在不同极性溶剂中的分散性进行了考察。在水和十三种中加入氧化石墨，超声处理 1h。超声后放置三周的效果与刚超声后的分散 1.2。结果发现，氧化石墨在所选溶剂中均可通过超声剥离成单层的氧化尺寸介于几微米到几百纳米之间。GO 在乙二醇、四氢呋喃（THF）、N 烷酮（NMP）、N，N - 二甲基甲酰胺（DMF）和水中均有稳定的分散性
【学位授予单位】：武汉纺织大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X831;O652

【参考文献】