基于碳基纳米复合材料对酚类污染物的电化学检测

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随着化工产业的不断发展,大量的有机污染物被排放到环境中,其中酚类污染物是其中一类典型的代表。这些酚类污染物大都有着高毒性与致癌性,同时在环境中也不容易自然降解。对酚类污染物的高效检测对于生态环境保护以及保障人类的身体健康有着重要的现实意义。当前对于酚类物质的检测手段还是以色谱、质谱等传统仪器分析方法为主。但这些方法都存在着成本高昂,操作复杂且无法实时实地检测。无法适应当前环境监测的需求。相比之下电化学方法展现出了更大的潜力。电化学传感器通常针对不同的底物采用不同的复合材料制备化学修饰电极以提高传感器对底物的选择性,灵敏度等指标。基于碳基纳米材料表现出的优异电化学性质,本文通过构建两种不同的基于碳基纳米复合材料的修饰电极用于不同酚类的电化学检测。主要内容如下:(1)基于N掺杂碳量子点@碳纳米管的双酚A电化学传感器的制备本部分以柠檬酸为碳源水热合成了N掺杂的碳量子点,同时利用PDDA处理酸化CNTs让两者通过静电自组装的方式制备出N-CQDs@CNTs。将其修饰与玻碳电极表面构建对双酚A进行检测的电化学传感器。通过透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和X-射线粉末衍射(XRD)等手段对N-CQDs@CNTs纳米复合材料进行表征。采用循环伏安法(CV)差分脉冲伏安法(DPV)对其电化学性能进行测试。实验结果表明,该传感器的线性范围在0.4-40μM,检测限为65 nM(S/N=3)。同时该传感器表现出较好的稳定性和抗干扰能力。(2)基于Ce-MOF复合碳纳米管的电化学传感器的制备及对对苯二酚和邻苯二酚的同时检测本部分使用溶剂法一步合成了Ce-MOF/CNTs,然后将Ce-MOF/CNTs用双氧水与氢氧化钠混合溶液处理使部分Ce3+转变成Ce4+,获得了存在着混合价态的Ce-MOF(MV)/CNTs。使用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)进行形貌表征,利用X-射线粉末衍射(XRD)和X-射线光电子能谱分析(XPS)对其表面化合物价态与晶体结构进行研究。基于MOF(MV)/CNTs构建了同时检测对苯二酚和邻苯二酚的电化学传感器,通过循环伏安法(CV)与差分脉冲伏安法(DPV)对其电化学性能进行了研究,结果表明MOF(MV)/CNTs/GCE电极对HQ和CC有着明显的电催化作用。DPV的结果显示HQ和CC的氧化峰电流与浓度在10-90μM之间线性相关,检测限分别为5.3μM和3.5μM(S/N=3)。同时该传感器还具有良好的选择性,重现性和稳定性。
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