新型吸附搅拌棒被动采样器研制及应用——基于多壁碳纳米管的改性-郑蓓.pdf
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1、中国环境科学 2016,36(4):10731081 China Environmental Science 新型吸附搅拌棒被动采样器研制及应用 基于多壁碳纳米管的改性 郑 蓓1,刘 琳2,雷 沛1,李红岩1,于志勇1,周益奇1*,原盛广1,张文婧1 (1.中国科学院生态环境研究中心,北京 100085;2.北方工程设计研究院有限公司,河北 石家庄 050011) 摘要:结合传统被动采样器原理和新发展的吸附搅拌棒技术,研制了以多壁碳纳米管-聚二甲基硅氧烷(MWCTNs/PDMS)作为涂层的新型吸附搅拌棒被动采样器,并以苯酚(PhOH)、己烯雌酚(DES)和铅(Pb)作为目标污染物,考察被动采样
2、器其吸附性能,优化其吸附条件.结果表明,与商业化PDMS涂层吸附搅拌棒被动采样器相比,含MWCTNs/PDMS涂层吸附搅拌棒被动采样器能更快达到吸附平衡时间、具有更大的饱和吸附容量.甲醇是PhOH和DES优良解吸剂,0.6mol/L HNO3为Pb最优解吸剂.该新型被动采样器重复使用50次以上其解吸效率仍能达到70%以上,具有良好的稳定性和重复利用效果. 关键词:被动采样器;吸附搅拌棒;多壁碳纳米管;聚二甲基硅氧烷 中图分类号:X52,X853 文献标识码:A 文章编号:1000-6923(2016)04-1073-09 Development and application of a nov
3、el passive sampler with a modified multi-walled carbon nanotubes sorptive coating by stir bar sorptive extraction. ZHENG bei1, LIU-lin2, LEI Pei1, LI-hong yan1, YU zhi-yong1, ZHOU Yi-qi1*, YUAN Sheng-guang1, ZHANG Wen-jing1 (1.Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Scienc
4、es, Beijing 100085,china;2.Norendar International Ltd., Shijiazhuang 050011, China). China Environmental Science, 2016,36(4):10731081 Abstract:Based on the theory of passive sampler and stir bar sorptive extraction (SBSE), a novel passive sampler with a multi-walled carbon nanotubes/polydimethylsilo
5、xane (MWCNTs/PDMS) coating by stir bar sorptive extraction was invented to monitoring micro-pollutants in the water. In this study, phenol (PhOH), diethylstilbestrol (DES) and lead (PB) were selectedas the target pollutants to test and verify the performance of absorption capacity and optimize the a
6、dsorption conditions of this novel passive sampler. The results showed that, compared to a commercial one, our self-made passive sampler with MWCTNs/PDMS sorptive coatingcan quickly reach the adsorption equilibrium time and had greater adsorption capacity. Methanol was an optimaldesorption solution
7、for PhOH and DES, and 0.6mol/L HNO3was perfect for Pb. Recirculated desorption experiments show that the new passive sampler could be used more than 50times and after than the desorption efficiency can still reached more than 70%, indicating a good stability and reusability. Key words:passive sample
8、r;stir bar sorptive extraction (SBSE);multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs);Polydimethylsiloxane (PDMS) 被动采样技术是基于分子扩散或渗透原理,将样品采集、目标物分离和富集合成一步,简化了釆样预处理过程,同时不需要任何动力装置,能自动连续采样,操作简便、结果可靠、体现了采样过程中简单化、快速化的趋势1.近年来,被动采样技术因其良好性能在环境分析中逐渐受到关注2.最常用的被动采样技术有半渗透膜萃取(SPMDs),固相微萃取(SPME)和薄膜梯度扩散技术,分别用于疏水性有机污g7591物和g18
9、341g4658离子g12573的被动采样3g165.被动采样g3132在不需要g5049作g1166g2604g19283g7411g20559g4444采样g9869的g5785g1929g991,便可g4448成g11429g8991g5049作,g1955g4581了g1166力g9052g13803和物g17148g6451g13803.被动采样g3132g6670g5114g7053便,g5114g3250g4466g20576g4472g2530可g11464g6521g17839g15904污g7591物g16311g2572分析g2375可g11429g8991水环境中污g7
10、591物,g6564g20652g11429g8991g5049作g6940g10587和g5859g1053,g1867有g17751广的g5224用g1227g1552.现有的被动采样g3132g7692g5527g18108分 收稿日期:2015-08-25 基金项目:中国科学院仪器功能开发项目(29yg2012008) * 责任作者, 高g13435g5049g12255g5084, 1074 中 国 环 境 科 学 36卷 g3822g1209膜g1038g1039,g11013于釆样膜g15932g19766g4493g7143成g1038g13466g14752g12573微g
11、10995物g4504g4499体g13792g1147g10995g10995物污g7591g19394g20076.Huckinsg125736g6265g17959了g2045用 SPMDs g4557g3822环g14471g9879采样,g10995物污g7591g1017g18337时可能g4557采样g3132g1147g10995 20%70%g19471力.g8504g3818, SPMDs膜的机g7812g5390度g17751g5058,g5415g8839g8981水体g8981速g20652于0.2m/s 时,采样膜g4493g7143被水g8981g6301g621
12、1g6761g16022,g4560g14280g11429g8991中g7041. g1209g2572g19480g6617g6304g7846萃取技术(SBSE)g1038g7692g5527的被动采样g3132是近g1135年g2469g4649的g9921g9869,能有g6940g16311g1927SPMDs中采样膜污g7591和g5390度g5058g12573.g2572g19480g6617g6304g7846g1867有固g4462相体g12227g3835、萃取g4493g18339g20652、g7092需g3818g2164g6617g6304子、可g18003g1
13、825g12466g1117性g2572g19480,能在自g17535g6617g6304的同时g4466现萃取富集g12573g1260g9869,其萃取固g4462相体g12227可g17810 50 250L,相g8616 SPME,固g4462相体g12227g3698g3835了 100500g1505,g15932g19766g12227g1075g6564g20652了近100g1505,g3835g3835g6564g20652了萃取g6940g10587和g9801g6947度,g7368g17878合于g11177g18339有机物的富集7.目前,g2572g19480g
14、6617g6304g7846最g1038常用的g2572g19480涂层g1038聚二甲基硅氧烷(PDMS),作g1038有机硅材料中的一种,其g1867有g17751g5390的亲有机物性能和疏水性能,g1209PMDSg1038涂层g2572g19480g6617g6304g7846g17878用于萃取非极性、弱极性化合物g1209及衍g10995g2530的极性化合物8g1610,但g4557于g5390极性化合物(如酚类化合物)的萃取,PDMS 涂层g2572g19480g6617g6304g7846却g15932现出很低的萃取g6940g1058711.因g8504,开g2469经济
15、、g20652g6940、g17878用于极性化合物萃取g1209及g1867有g10995物相g4493性的萃取涂层是目前g2572g19480g6617g6304g7846萃取技术研究中的一个g9921g9869.碳纳米管(CNTs),是一种径向尺寸g1038纳米尺度,轴向尺寸g1038微米g18339级甚至可g17810毫米g18339级的一维管状g4448整分子结构的新型碳材料12.已有文献g6265g17959 CNTs 作g1038一种g2572g19480材料被广泛g5224用于 SPME 中包括农药、g3822环g14471g9879、g7092机离子和g18341g4658有
16、机化合物g12573非极性和极性物g17148的萃取13g1615.碳纳米管g11013石墨层片卷曲形成g3822层纳米级的中空管状结构,称g1038g3822壁碳纳米管(MWCNTs),这种独特结构使其g1867有很g3835的g15932g19766g12227,且其g15932g19766g7143氧化或g15932g19766负载,g2375在g15932g19766g1147g10995了g3835g18339的g2572g19480活性位g986916g1617,g1038其用于环境中污g7591物的分析g6564供了可能. g1038g8504,本研究在被动采样理论基础上g178
17、39g15904拓g4649,g1209PDMSg1038基底,负载MWCTNs-COOH新型涂层,弥补了传统PDMS涂层在g2572g19480极性物g17148g7053g19766的不足,形成g3822壁碳纳米管/二甲基硅氧烷(MWCTNs/PDMS)作g1038涂层的新型g2572g19480g6617g6304g7846被动采样g3132,并g1209苯酚(PhOH)、内分泌干扰物己烯雌酮(DES)和g18337g18341g4658铅(Pb)g1038研究g4557象,考察该被动采样g3132g4557这g1135特征污g7591物g2572g19480/g16311g2572性能
18、,g1038其g5224用和推广g6564供指g4560和支撑. 1 材料与方法 1.1 仪g3132分析和所用试剂 用含双三元梯度泵、150uLg4462g18339环和紫g3818检g8991g3132的超快速液相色谱系统(Ultimate3000, Thermo Fisher, USA)g17839g15904样品分析,色谱柱g1038Agilent 反相 C18柱(2504.6mm,5m g12902径).内分泌干扰物己烯雌酮(DES)梯度g8939g14085液g11013甲g18267(g9354剂 A)、g1069g14108(g9354剂 B)和 10mmol/L g11979
19、g18252二g8694g19060(pH=3,g9354剂C)g13464成:梯度g8939g14085程g5219g1038:013min,g9354剂 A: g9354剂 B: g9354剂 C=14:43:43( 体g12227g8616);1319min,A: B: Cg103845:43:12(体g12227g8616),g8981速1mL/min,紫g3818检g8991g8886g19283g1038 230nm.苯酚类物g17148g8981动相g1075采用梯度g8939g14085,程g5219g1038:013min,甲g18267/10mmol/L g11979g18
20、252(57/43,v/v);1320min, 甲g18267/10mmol/L g11979g18252(75/25,体g12227g8616),g8981速 2mL/min,g17839样体g12227 50L,紫g3818检g8991g8886g19283g1038 280nm18.其g4439仪g3132包括g11017g5875g13818合g12573离子g17148谱仪(ICAPQ, Thermo Fisher, USA)、紫g3818分g1821g1821度g16757、g20544g5355g9821(g8943g19463g16211g7696g10607)、g20652g
21、2399反g5224g18352. 甲基三甲氧基硅烷(MTMS)(g1144g13864剂)、甲基硅g7653g14038(MSR)(g5390化剂)、含g8694硅g8845(PMHS)(g1144g13864剂)g12573g17153于g9258g2283g8506g3835有机硅新材料g13941g1233有g19492g1856g2508,三g8691g1069g18252(g1664化剂)、二g8707甲烷(g9354剂)、己烯雌酚(DES,99%)、苯酚(PhOH,固体,99%)g12573g17153于g3281药集g3254,Pb 单元g13044标液(1000mg/L)g1
22、7153于有色g18341g4658研究g19510;g10639g10839g8623g13466管g11013g2283g1152中g16814g12197仪有g19492g1856g2508g2164g5049.g13683基化g3822壁碳纳米管(MWCTNs-COOH)g17153于中g3281g12197g4410g19510成g18129有机化g4410有g19492g1856g2508,g13443度95%;g19283度0.52m;g3818径270m2/g. 1.2 g2572g19480g6617g6304g7846g2058作 g17885用g9354g14026-g1
23、969g14026g8873(Sol-gel)g2058g3803g2572g19480g6617g6304g7846中的涂层19g1620,g2058g3803过程如g991:g9915g2058g19283 5.0cm、内径 1.0mm、内含 4.1cm g19093g14467的柱形g10639g10839g7846和g192834期 郑 蓓等:新型吸附搅拌棒被动采样器研制及应用基于多壁碳纳米管的改性 1075 2.5cm、内径 1.0mm、含 1.8cm g19093g14467的g10639g10839g7846,用来g2058g3803有g6940涂层g10382cm的g2572g
24、19480g6617g6304g7846.将g5465用g10639g10839g7846g1393g8437在超g13443水和二g8707甲烷中g9177g8939,在1mol/L NaOH g9354液中g9036g8885 12h,g2447g6493g10639g10839g15932g19766的g18341g4658离子和污g9185,同时g3698g2164g10639g10839g7846g15932g19766的硅g18267基,并将g10639g10839g15932g19766g14116g15444成g3822g4392层结构.g9994g2530在 1mol/Lg1
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