基于多孔碳材料的水體污染物檢測及去除新方法研究.pdf

1、重金屬和有機污染物在污染水體中很普遍因重金屬和有機污染物尤其是難降解的持久性有機污染物具有富集和蓄積效應，即使?jié)舛群艿?，也會給環(huán)境和人體帶來嚴重的危害，所以這些污染物需要嚴格監(jiān)控和及時控制。論文中，將一系列多孔碳復合材料用于電化學傳感器的構建和污染物的去除。研究了該復合材料構建重金屬、酚類電化學傳感器的原理和機制，同時研究了不同的環(huán)境條件如pH值、溫度、時間等對污染物檢測的影響，優(yōu)化了該復合材料構建傳感器檢測污染物的最佳條件;此外，研究

2、了該復合材料對酚類污染物的去除特性并探討其作用原理和機制，同時，通過研究不同的環(huán)境條件如pH值、溫度、時間等對復合材料去除污染物的影響，優(yōu)化該復合物去除污染物的最佳條件。最后，探討復合材料應用于復雜環(huán)境的潛力，具體如下:
　　介孔碳復合材料具有大的比表面積、良好的電子傳導能力和生物相容性，因此，構建了一系列基于介孔碳復合材料的電化學傳感器用于酚類物質的檢測，并結合人工神經網絡(ANN)，用于復雜體系中定量檢測酚類污染物的數據分析。

3、通過化學還原的方法合成有序介孔碳負載金納米粒子，并構筑有序介孔碳載金/L-賴氨酸/納米金復合膜修飾的玻碳電極;研制了一種基于有序介孔碳載金/L-賴氨酸/納米金復合膜修飾電極的傳感器，并用于對苯二酚和鄰苯二酚的分析測定。在最優(yōu)的實驗條件下，該傳感器在對苯二酚和鄰苯二酚濃度為1×10-6-8×10-4mol/L的范圍內與峰電流具有良好的線性關系，檢測下限分別為3×10-7mol/L、7×10-7mol/L。為了進一步提高傳感器的專一性和靈敏

4、度等性能，構建了基于有序介孔碳負載金的酪氨酸酶生物傳感器采用差分脈沖伏安法分析測定對苯二酚和鄰苯二酚，在最優(yōu)的實驗條件下，其檢測下限分別為5×10-8mol/L和2.5×10-8mol/L;此外，還構建了基于氮雜化介孔碳的酪氨酸酶生物傳感器，采用計時電流法檢測苯酚和鄰苯二酚，在最優(yōu)的實驗條件下，其檢測下限分別為10.24nM和15.00nM，抗干擾實驗表明兩種酪氨酸酶生物傳感器都具有很好的抗干擾能力;最后，結合人工神經網絡模型(ANN)

5、，用于復雜體系中定量檢測酚類污染物的數據分析。
　　構建了基于有序介孔碳(OMC)負載金和DNAzyme的基因傳感器，采用電化學交流阻抗圖譜實現鉛離子的檢測。首先通過巰基與金納米粒子的作用將帶有巰基的捕獲探針連接到修飾電極，而后通過雜交互補配對將DNAzyme連接到修飾電極。當有鉛離子存在時，互補配對的DNAzyme會發(fā)生斷裂，從而影響修飾電極極化電阻的大小。用[Fe(CN)6]3-/4-作為指示劑，用蘭德爾斯等效電路圖擬合電化學

6、交流阻抗圖譜。該傳感器在鉛離子濃度為5×10-10-5×10-5mol/L的范圍內與極化電阻的變化值具有良好的線性關系，檢測下限達到2×10-10mol/L，將該傳感器用于實際水樣中鉛離子的檢測，并將檢測結果與電感耦合等離子體質譜儀進行對比，相對標準偏差小于3.42％;此外，還構建了基于氮雜化介孔碳和DNA分子的基因傳感器，同樣采用電化學交流阻抗圖譜實現銀離子的檢測。運用銀離子特異性的與胞嘧啶(C)形成C-Ag+-C結構，用[Fe(CN

7、)6]3-/4-作為指示劑，用蘭德爾斯等效電路圖擬合電化學交流阻抗圖譜，該傳感器對銀離子的檢測下限為5×10-11mol/L。將該傳感器用于實際水樣中銀離子的檢測，加標回收率范圍為95.2％-105.8％。綜合以上結果表明，基于介孔碳復合材料和DNAzyme/DNA分子的基因傳感器作為一種簡單和可靠的分析方法具備分析實際環(huán)境樣品中重金屬的潛力。
　　將鈀/鐵雙金屬(Pd/Fe)負載于磷雜化介孔碳上(P-OMC)，并用于2，4-二氯

8、酚（2，4-DCP）的去除。通過透射電鏡(TEM)圖、掃描電鏡/能量色散X射線譜分析圖(SEM/EDS)對復合材料進行表征，結果表明鈀/鐵雙金屬的粒徑大約為15nm，與有序介孔碳負載鈀/鐵雙金屬相比，其較均勻的分布在磷雜化介孔碳上，加氫脫氯假一級動力學擬合表明鈀含量增加對2，4-二氯酚的去除具有促進作用，采用磷雜化介孔碳作為載體，可負載足夠多高活性和穩(wěn)定性的鈀/鐵雙金屬，研究了pH對2，4-DCP去除的影響，并分析其原因，研究了氯原子的

9、個數和位置對加氫脫氯的影響，結果表明多的氯原子促進脫氯作用，而且脫氯容易從對位開始。綜合以上結果表明磷雜化介孔碳是一種負載金屬催化劑的良好載體，并能夠有效的去除氯酚污染物。
　　用木屑合成生物炭，而后合成生物炭負載納米零價鐵(nZVI)的復合材料(nZVI/biochar)，并用于去除對硝基酚(PNP)。復合材料用掃描電鏡圖和X-射線衍射分析(XRD)進行表征。研究了其去除機理，反應的動力學和熱力學。熱力學分析表明該去除反應是一個