基于納米復合材料構建的重金屬離子選擇性電極的研究及應用.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、生活污染和農業(yè)污染。工業(yè)污染主要指工業(yè)產生的廢渣、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、沒有用完的化妝品、上彩釉的碗碟等帶來的污染;農業(yè)污染主要指施用農藥化肥帶來的污染。重金屬污染與其他有機化合物的污染不同。不少有機化合物可以通過自然界本身物理的、化學的或生物的凈化，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，其對環(huán)境和生物的危害極大。重金屬能和蛋白質發(fā)生強烈的相互作用，使它們失去活性。如果重金屬超過人體所能耐受的限度，會造成人體中毒，對人體會造成很大的危害。因此，探究新的方法來檢測這些重金屬污染物的含量已迫在眉睫。目前檢測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雜、樣品預處理繁雜、耗時、儀器價格昂貴等缺點。所以探索靈敏快速、方便、經濟的檢測方法

3、顯得尤為重要。離子選擇性電極具有靈敏度高、選擇性好、響應速率快、儀器簡單、操作方便等優(yōu)點，在環(huán)境分析和污染物濃度檢測方面具有非常好的應用前景。納米材料具有表面與界面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應等特殊性能。利用納米材料構建化學傳感器，將納米材料的優(yōu)異性能整合到粒子運作中，可以在一定程度上提高化學傳感器性能。納米材料優(yōu)異的性能使得其在電化學傳感器上具有廣闊的應用前景。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合材料，并且將它們用做電極修飾材料，構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。
　　本論文研究內容如下:
　　1.基于功能化的氧化石墨烯構建的碳糊電極用于檢測銅離子
　　本文通過將2-氨基-5-巰基-1，3，4-噻二唑(AMT)和納米級氧化石墨烯(NGO)交聯在一起，合成了復合材料(AMT-g-NGO)，并且將它作為中性載體構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良好的疏水環(huán)境。該電極對銅離子表現出優(yōu)良的能斯特響應，響應范圍為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（2個月），檢出限低（4.0×10-8mol/L），適用pH范圍寬(3.0-7.0)，響應時間短(15s)。我們采用了交流阻抗技術和紫外可見光譜技術探究了該電極的響應機理。本文中我們將該電極作為指示電極用于電位滴

6、定法測定銅離子，并已將該電極成功應用于實際樣品中銅離子的檢測。
　　2.基于磁性碳納米材料和2，2'-二硫二吡啶構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)合成了復合材料(GO-Fe3O4-DTDP)，并且將它成功應用于鑭離子選擇性電極。我們通過共價交聯的方式將Fe3O4納米顆粒(NPs)修飾在氧化石墨烯上，通過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、的問題。磁性的氧化石墨烯對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良好的疏水環(huán)境。該電極對鑭離子表現出優(yōu)良的能斯特響應，響應范圍為1.0×10-9-1.0×10-3mol/L，檢測限為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，響應時間，使用壽命等方面都具有較好的表現。最為重要的是在降低鑭離子選擇性電極檢測限上我們取得了

8、一定的進展，這為實現采用離子選擇性電極對鑭離子進行實時檢測帶來了新的希望。
　　3.基于有機分子、金屬、碳納米材料結合形成的納米復合材料構建的銀離子選擇性電極
　　本文第一次將三維空間結構(3-D)的碳納米材料，納米金，二硫代氨基甲酸鹽(DTC)結合在一起形成復合材料(DTC/Au/CNTs-GO)，并將它作為中性載體，用于構建離子選擇性電極界面。在制備三維空間結構碳納米材料的過程中，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，電子傳導率高的新型碳納米材料。接著我們將三維空間結構的碳納米材料用PDDA功能化，使三維空間結構的碳納米材料成為納米金均勻沉積的平臺。再通過簡單地混合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，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Ag+具