基于功能化硅膠復(fù)合材料和碳納米管衍生物的碳糊電極的研究及應(yīng)用.pdf

1、金屬污染指由金屬或其化合物造成的環(huán)境污染,主要由采礦廢物、工業(yè)污水的肆意排放和煤燃燒等人為因素造成的。這種污染表現(xiàn)在生物從環(huán)境中攝取金屬,金屬不能被生物降解,相反卻能在食物鏈中成千萬(wàn)倍地富集起來(lái),然后通過(guò)食物鏈進(jìn)入生命體或生態(tài)系統(tǒng),在生命體或生態(tài)系統(tǒng)中富集,最終對(duì)生物體產(chǎn)生毒害作用。因此,及時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)環(huán)境樣品中金屬離子的濃度就變得尤為重要。目前,檢測(cè)金屬離子濃度的方法主要有分光光度法,溶出伏安法,原子吸收光譜法和電感耦合原子發(fā)射光譜法等

2、。但以上分析方法普遍存在儀器操作復(fù)雜、耗時(shí)、價(jià)格昂貴等缺點(diǎn),不易普遍和快速檢測(cè)金屬離子在環(huán)境樣品中的濃度。所以亟需建立一種靈敏快速、方便、經(jīng)濟(jì)的分析手段來(lái)檢測(cè)環(huán)境中金屬離子的含量。離子選擇性電極是近代發(fā)展起來(lái)的一種新型電化學(xué)傳感器。它因具有靈敏度高、測(cè)量范圍寬、選擇性好、響應(yīng)速率快、儀器簡(jiǎn)單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于環(huán)境分析和離子物種的檢測(cè)中。自1970年,PVC膜離子選擇性電極已被廣范使用,然而由于膜成分的溶解限制了膜電極的應(yīng)用。膜成

3、分滲透進(jìn)入溶液,導(dǎo)致電極使用壽命縮短,最終惡化電極的響應(yīng)性能(如:檢測(cè)下限,線性范圍等)。離子選擇性電極總是以離子載體類型的不斷拓寬,電極響應(yīng)性能的不斷優(yōu)化為發(fā)展方向。本論文著重于硅膠復(fù)合材料和納米結(jié)構(gòu)的多壁碳納米管的使用,設(shè)計(jì)、合成一類新型離子載體,并以此為載體用于碳糊電極的研究,有望構(gòu)建靈敏高、選擇性好、使用壽命長(zhǎng)的金屬離子電化學(xué)傳感器。
　　 本文研究?jī)?nèi)容如下:
　　 1.基于重氮噻吩功能化的硅膠復(fù)合材料修飾的碳糊

4、電極用于電位測(cè)定銀離子的研究
　　 功能化的硅膠復(fù)合材料既具有無(wú)機(jī)部分的剛性三維結(jié)構(gòu),又擁有有機(jī)組成部分特定的化學(xué)反應(yīng)活性。它能夠通過(guò)絡(luò)合或靜電引力作用使金屬離子預(yù)先在電極表面富集,從而提高了電極的靈敏性。該研究合成了重氮噻吩功能化的硅膠復(fù)合材料,以此為載體構(gòu)建了一種測(cè)定銀離子的碳糊電極。根據(jù)軟硬酸堿理論,該載體中具有軟堿S原子,會(huì)使載體與軟酸銀離子發(fā)生強(qiáng)烈的配位作用。同時(shí),該硅膠復(fù)合材料具有S、N和O雜原子,給載體與金屬配位提

5、供了一個(gè)良好的疏水和穩(wěn)定的環(huán)境。通過(guò)比較其它銀離子選擇性電極的響應(yīng)特性可見:該電極的線性范圍,pH范圍和選擇性都有所改善。實(shí)驗(yàn)中采用電極膜的交流阻抗行為探討了電極的響應(yīng)機(jī)理。最后,該電極成功地用于電位滴定氯、溴離子的混合溶液和膠片中銀離子濃度的測(cè)定。
　　 2.基于功能化多壁碳納米管的碳糊電極用于電位測(cè)定銀離子的研究
　　 由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì),多壁碳納米管成為碳糊電極中最活躍的研究材料之一。該研究中,席夫堿2-(

6、E)-(2-氨基乙基亞胺)甲基苯酚共鍵連接在多壁碳納米管表面,作為銀離子載體。由于載體中多壁碳納米管的引入,改善了溶液與電極表面電子的轉(zhuǎn)移,同時(shí)克服了載體溶解的缺點(diǎn),使該電極的響應(yīng)速度(～10 s)和使用壽命(三個(gè)月)都有所改善。電極可操作的pH范圍是3.0-9.0。最重要的是本文采用電極膜的交流阻抗行為探討了電極的響應(yīng)機(jī)理。該電極也成功地用于電位滴定和實(shí)際樣品中銀離子的測(cè)定。
　　 3.以多壁碳納米管衍生物為載體的碳糊電極用于

7、電位測(cè)定銀離子的研究
　　 4'-氨基-15-冠-5通過(guò)短的二碳鏈與羧基化多壁碳納米管連接起來(lái),合成了一種新的多壁碳納米管衍生物,將該衍生物用作銀離子載體。在銀離子載體中引入多壁碳納米管有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。一、多壁碳納米管擁有大的比表面積,可以結(jié)合更多的15-冠-5。二、多壁碳納米管具有良好的電導(dǎo)性,可以用作載體中良好的離子電子交換器。同時(shí),該載體擁有強(qiáng)的共價(jià)鍵(氨基通過(guò)肽鍵與碳納米管連接起來(lái))和N、O供電原子,給銀離子與載體之間形成的