基于碳纳米管修饰电极的制备及其在氯酚类污染物检测中的应用

发布时间：2017-04-26 08:04

  本文关键词：基于碳纳米管修饰电极的制备及其在氯酚类污染物检测中的应用，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：碳纳米管(Carbon Nanotubes,CNTs)的独特结构,使其具有导电性好、比表面积大、粒径小、半导体或金属等特性,同时还能催化某些物质的电化学行为。因此,CNTs被广泛应用于化学修饰电极领域。为了进一步提高修饰电极对物质的电催化性能,常将CNTs作为一种优良的载体,与其他电极修饰材料相结合。目前,通过物理、化学、电化学等方法制备更加灵敏的CNTs复合材料修饰电极是人们关注的研究热点。氯酚类污染物在环境中暴露浓度低,对生物具有毒性强等特点,因而发展快速、灵敏的分析方法对实现环境中氯酚类污染物的分析检测尤为重要。基于以上两点,本文以CNTs为基础材料,通过电聚合、恒电位还原等方法,将CNTs、染料分子、金属纳米粒子修饰在电极表面,成功制备了三种CNTs复合材料修饰电极,并应用所制备的修饰电极对氯酚类污染物进行定性分析和定量检测。本文的主要研究工作如下:(1)利用多壁碳纳米管(Multiwalled carbon nanotubes,MWCNTs)和罗丹明B(Rhodmine B,RhB)结构中苯环的π-π共轭作用,通过滴涂法、电聚合法制备PRhB/MWCNTs复合材料修饰电极(PRhB/MWCNTs/GCE)。通过扫描电子显微镜(Scanning electron microscopy,SEM)表征,表明PRhB/MWCNTs被修饰在GCE表面,成功制备了PRhB/MWCNTs/GCE。通过电化学方法对其表征,表明PRhB/MWCNTs复合材料不仅可以提高修饰电极的导电能力,还能降低界面电子转移阻抗。同时,该修饰电极对邻氯酚(Orthochlorophenol,2-CP)表现出很好的电化学催化性能。通过线性伏安法(Linear sweep voltammetry,LSV)对2-CP进行定量检测,在最佳实验条件(富集电位为0.2 V,富集时间为150 s,PBS的pH为3.0;LSV的扫描范围为0.5-0.9 V,扫速为50 mV/s)下,PRhB/MWCNTs/GCE对2-CP的线性检测范围为0.05-125μmol/L,检出限为0.028μmol/L,低于文献报道的检出限。加标回收实验证明,PRhB/MWCNTs/GCE可用于实际水样中2-CP的检测。(2)利用滴涂法、电聚合法,将曙红Y(Eosin Y,EY)与MWCNTs结合,制备PEY/MWCNTs复合材料修饰电极(PEY/MWCNTs/GCE),用以对2,4-二氯酚(2,4-dichlorophenol,2,4-DCP)的痕量检测。通过研究不同pH值和扫速对2,4-DCP电化学响应的影响,证实2,4-DCP在PEY/MWCNTs/GCE上为不可逆氧化反应过程。该电极反应过程受扩散控制,且伴随两质子两电子参与。在最佳实验条件(富集电位为-0.3 V,富集时间为250 s,PBS的pH为3.0;差分脉冲伏安法(Differential pluse voltammetry,DPV)的扫描范围为0.3-0.9 V,电位增量为0.01 V,脉冲幅度为0.05 V,脉冲周期为0.2 s,脉冲宽度为0.05 s)下,2,4-DCP的线性检测范围为0.005-0.1μmol/L和0.2-40μmol/L,检出限为0.0035μmol/L。同时,PEY/MWCNTs/GCE对2,4-DCP的检测具有良好的选择性和稳定性,可以应用于实际水样中2,4-DCP的检测。(3)利用恒电位还原法将铂纳米粒子(Platinum nanoparticles,PtNPs)还原在MWCNTs上,再通过电聚合法将RhB与MWCNTs通过π-π共轭作用相结合,制备PRhB/PtNPs/MWCNTs三元复合材料修饰电极(PRhB/PtNPs/MWCNTs/GCE)。采用SEM对其进行表征,表明PtNPs均匀分散在MWCNTs上,同时RhB被修饰在MWCNTs表面上。该修饰电极对2,4,6-三氯酚(2,4,6-Trichlorophenol,2,4,6-TCP)和对氯酚(Parachlorophenol,4-CP)表现出良好的电催化性能。在pH为6.0的PBS中,2,4,6-TCP和4-CP在PRhB/PtNPs/MWCNTs/GCE上的氧化峰电位差(E)为0.091 V,可以实现两种氯酚的同时测定。在最佳实验条件(富集电位为0 V,富集时间为100 s,PBS的pH为6.0;DPV的扫描范围为0.3-0.9 V,电位增量为0.01 V,脉冲幅度为0.05 V,脉冲周期为0.2 s,脉冲宽度为0.05 s)下,2,4,6-TCP的线性检测范围为5-175μmol/L,检出限为1.55μmol/L;4-CP的线性检测范围为10-300μmol/L,检出限为3.69μmol/L。加标回收实验证明,PRhB/PtNPs/MWCNTs/GCE可用于实际水样中两种氯酚的分析测定,具有一定的应用价值。
【关键词】：碳纳米管 罗丹明B 曙红Y 氯酚类污染物 修饰电极
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O646.54;X832
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 化学修饰电极10-11
• 1.1.1 化学修饰电极的预处理10
• 1.1.2 化学修饰电极的制备10-11
• 1.2 碳纳米管修饰电极的研究进展11-14
• 1.2.1 碳纳米管12-13
• 1.2.2 碳纳米管修饰电极在分析中的应用13-14
• 1.3 碳纳米管复合材料修饰电极的研究进展14-16
• 1.3.1 金属纳米粒子/碳纳米管修饰电极的研究进展14-15
• 1.3.2 染料/碳纳米管修饰电极的研究进展15-16
• 1.4 氯酚类污染物简介16-18
• 1.4.1 氯酚类污染物16
• 1.4.2 氯酚类污染物的危害及检测方法16-18
• 1.5 本论文的研究意义及研究内容18-19
• 第2章 2-CP在PRhB/MWCNTs/GCE上的电化学行为研究19-32
• 2.1 引言19
• 2.2 实验部分19-22
• 2.2.1 实验试剂19-20
• 2.2.2 实验仪器20-21
• 2.2.3 实验方法21
• 2.2.4 电化学检测方法21-22
• 2.3 结果与讨论22-30
• 2.3.1 RhB在MWCNTs/GCE电极上的聚合条件优化22-23
• 2.3.2 PRhB/MWCNTs的表征23
• 2.3.3 PRhB/MWCNTs/GCE的电化学表征23-25
• 2.3.4 2-CP在PRhB/MWCNTs/GCE上的电化学行为25-26
• 2.3.5 富集时间和电位的影响26
• 2.3.6 pH值的影响26-27
• 2.3.7 扫速的影响27-28
• 2.3.8 线性检测范围和检出限28-29
• 2.3.9 PRhB/MWCNTs/GCE稳定性、重复性及抗干扰性29-30
• 2.3.10 实际样品分析30
• 2.4 小结30-32
• 第3章 2,4-DCP在PEY/MWCNTs/GCE上的电化学行为研究32-45
• 3.1 引言32-33
• 3.2 实验部分33-35
• 3.2.1 实验试剂33
• 3.2.2 实验仪器33-34
• 3.2.3 实验方法34
• 3.2.4 电化学检测方法34-35
• 3.3 结果与讨论35-44
• 3.3.1 EY在MWCNTs/GCE电极上的聚合行为35-36
• 3.3.2 EY在MWCNTs/GCE电极上的聚合条件优化36-37
• 3.3.3 PEY/MWCNTs的表征37
• 3.3.4 PEY/MWCNTs/GCE的电化学交流阻抗谱37-38
• 3.3.5 2,4-DCP在PEY/MWCNTs/GCE上的电化学行为38-39
• 3.3.6 富集时间和电位的影响39
• 3.3.7 pH值的影响39-40
• 3.3.8 扫速的影响40-41
• 3.3.9 线性检测范围和检出限41-42
• 3.3.10 修饰电极稳定性、重复性及抗干扰性42-43
• 3.3.11 实际样品分析43-44
• 3.4 小结44-45
• 第4章 4-CP、2,4,6-TCP在PRhB/PtNPs/MWCNTs/GCE上的电化学行为研究45-57
• 4.1 引言45
• 4.2 实验部分45-48
• 4.2.1 实验试剂45-46
• 4.2.2 实验仪器46-47
• 4.2.3 实验方法47
• 4.2.4 电化学检测方法47-48
• 4.3 结果与讨论48-56
• 4.3.1 PRhB/PtNPs/MWCNTs和PtNPs/MWCNTs的表征48-49
• 4.3.2 PRhB/PtNPs/MWCNTs/GCE的电化学表征49
• 4.3.3 4-CP和 2,4,6-TCP在PRhB/PtNPs/MWCNTs/GCE上的电化学行为49-51
• 4.3.4 pH值的影响51-52
• 4.3.5 富集电位和富集时间52
• 4.3.6 线性检测范围和检出限52-55
• 4.3.7 PRhB/PtNPs/MWCNTs/GCE的稳定性、重复性及抗干扰性55
• 4.3.8 实际样品分析55-56
• 4.4 小结56-57
• 第5章 结论与展望57-60
• 5.1 结论57-58
• 5.2 展望58-60
• 参考文献60-68
• 致谢68

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