基于納米復(fù)合材料構(gòu)建的重金屬離子選擇性電極的研究及應(yīng)用.pdf

1、重金屬污染指由重金屬或其化合物造成的環(huán)境污染。重金屬污染主要包括工業(yè)污染、交通污染、生活污染和農(nóng)業(yè)污染。工業(yè)污染主要指工業(yè)產(chǎn)生的廢渣、廢水、廢氣;交通污染主要指汽車尾氣的排放;生活污染只要指廢舊電池、破碎的照明燈、沒(méi)有用完的化妝品、上彩釉的碗碟等帶來(lái)的污染;農(nóng)業(yè)污染主要指施用農(nóng)藥化肥帶來(lái)的污染。重金屬污染與其他有機(jī)化合物的污染不同。不少有機(jī)化合物可以通過(guò)自然界本身物理的、化學(xué)的或生物的凈化，使有害性降低或解除。而重金屬具有富集性，很難在

2、環(huán)境中降解，其對(duì)環(huán)境和生物的危害極大。重金屬能和蛋白質(zhì)發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用，使它們失去活性。如果重金屬超過(guò)人體所能耐受的限度，會(huì)造成人體中毒，對(duì)人體會(huì)造成很大的危害。因此，探究新的方法來(lái)檢測(cè)這些重金屬污染物的含量已迫在眉睫。目前檢測(cè)這些重金屬污染物含量的方法主要有電感耦合等離子體法、分光光度法、原子吸收光譜法、熒光法、色譜法等，但以上方法普遍存在儀器操作復(fù)雜、樣品預(yù)處理繁雜、耗時(shí)、儀器價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)。所以探索靈敏快速、方便、經(jīng)濟(jì)的檢測(cè)方法

3、顯得尤為重要。離子選擇性電極具有靈敏度高、選擇性好、響應(yīng)速率快、儀器簡(jiǎn)單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境分析和污染物濃度檢測(cè)方面具有非常好的應(yīng)用前景。納米材料具有表面與界面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等特殊性能。利用納米材料構(gòu)建化學(xué)傳感器，將納米材料的優(yōu)異性能整合到粒子運(yùn)作中，可以在一定程度上提高化學(xué)傳感器性能。納米材料優(yōu)異的性能使得其在電化學(xué)傳感器上具有廣闊的應(yīng)用前景。本文利用碳納米管、氧化石墨烯、納米金、Fe3O4納米顆

4、粒等制備出性能不同的納米復(fù)合材料，并且將它們用做電極修飾材料，構(gòu)建離子選擇性電極界面，所制備的離子選擇性電極都具備優(yōu)良的性能。
　　本論文研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.基于功能化的氧化石墨烯構(gòu)建的碳糊電極用于檢測(cè)銅離子
　　本文通過(guò)將2-氨基-5-巰基-1，3，4-噻二唑(AMT)和納米級(jí)氧化石墨烯(NGO)交聯(lián)在一起，合成了復(fù)合材料(AMT-g-NGO)，并且將它作為中性載體構(gòu)建了一種新型銅離子選擇性電極。AMT-g-NG

5、O具有豐富的S、N雜原子，給載體與金屬配位提供了一個(gè)良好的疏水環(huán)境。該電極對(duì)銅離子表現(xiàn)出優(yōu)良的能斯特響應(yīng)，響應(yīng)范圍為1.0×10-7-1.0×10-1mol/L，斜率為26.2mV/dec。該銅離子選擇性電極選擇性好，使用壽命長(zhǎng)（2個(gè)月），檢出限低（4.0×10-8mol/L），適用pH范圍寬(3.0-7.0)，響應(yīng)時(shí)間短(15s)。我們采用了交流阻抗技術(shù)和紫外可見光譜技術(shù)探究了該電極的響應(yīng)機(jī)理。本文中我們將該電極作為指示電極用于電位滴

6、定法測(cè)定銅離子，并已將該電極成功應(yīng)用于實(shí)際樣品中銅離子的檢測(cè)。
　　2.基于磁性碳納米材料和2，2'-二硫二吡啶構(gòu)建的新型鑭離子選擇性電極
　　本文基于磁性的氧化石墨烯(GO)和2，2'-二硫二吡啶(DTDP)合成了復(fù)合材料(GO-Fe3O4-DTDP)，并且將它成功應(yīng)用于鑭離子選擇性電極。我們通過(guò)共價(jià)交聯(lián)的方式將Fe3O4納米顆粒(NPs)修飾在氧化石墨烯上，通過(guò)這種方式有效解決了Fe3O4納米顆粒容易從氧化石墨烯表面流失

7、的問(wèn)題。磁性的氧化石墨烯對(duì)重金屬離子具有一定的吸附作用。DTDP具有豐富的S、N雜原子，給載體與金屬配位提供了一個(gè)良好的疏水環(huán)境。該電極對(duì)鑭離子表現(xiàn)出優(yōu)良的能斯特響應(yīng)，響應(yīng)范圍為1.0×10-9-1.0×10-3mol/L，檢測(cè)限為2.75×10-10mol/L，斜率為17.81mV/dec。除此以外，該鑭離子選擇性電極在選擇性，pH適用范圍，響應(yīng)時(shí)間，使用壽命等方面都具有較好的表現(xiàn)。最為重要的是在降低鑭離子選擇性電極檢測(cè)限上我們?nèi)〉昧?/p>

8、一定的進(jìn)展，這為實(shí)現(xiàn)采用離子選擇性電極對(duì)鑭離子進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)帶來(lái)了新的希望。
　　3.基于有機(jī)分子、金屬、碳納米材料結(jié)合形成的納米復(fù)合材料構(gòu)建的銀離子選擇性電極
　　本文第一次將三維空間結(jié)構(gòu)(3-D)的碳納米材料，納米金，二硫代氨基甲酸鹽(DTC)結(jié)合在一起形成復(fù)合材料(DTC/Au/CNTs-GO)，并將它作為中性載體，用于構(gòu)建離子選擇性電極界面。在制備三維空間結(jié)構(gòu)碳納米材料的過(guò)程中，我們用碳納米管作為氧化石墨烯之間的間隔裝

9、置，這樣可以有效避免氧化石墨烯堆積，得到比表面積大，溶解性好，電子傳導(dǎo)率高的新型碳納米材料。接著我們將三維空間結(jié)構(gòu)的碳納米材料用PDDA功能化，使三維空間結(jié)構(gòu)的碳納米材料成為納米金均勻沉積的平臺(tái)。再通過(guò)簡(jiǎn)單地混合CS2、吩噻嗪(PTZ)和納米金，將二硫代氨基甲酸鹽組裝在納米金表面。這種固載方式不僅易于操作，而且較為牢固，避免了巰基在金屬表面移動(dòng)，并且它的兼容性也非常好。本文中性載體的合成方式為電極材料的合成開辟了新方向。該電極對(duì)Ag+具