纳米材料修饰电极对土壤及水中酚类污染物的检测研究
发布时间：2023-03-18 19:13
酚类化合物是一类毒性大、难降解的持久性有机污染物，具有环境持久性、生物累积性、长距离迁移能力和生物危害性，能导致生物体内分泌紊乱、生殖及免疫机能失调、神经行为和发育紊乱以及致癌、致畸、致突变，因此，部分酚类化合物也称为环境激素。随着经济的迅速发展，酚类化合物的使用量逐年上升。目前，酚类化合物是造成土壤和水环境严重污染的有机化合物之一，主要来源于塑料、染料、杀虫剂、造纸和石化产品。因此，对它们在水、土壤中的残留状况进行分析研究有实际意义。 电化学分析方法具有操作简单、快速、方便、灵敏、价格低廉、绿色环保及易于微型化等优点，已被广泛应用于疾病诊断、药物分析和环境监测等方面。本文研究了部分酚类物质在纳米材料修饰电极上的电化学行为，并对其在土壤及水体中的残留水平进行了分析检测。主要分为以下六个方面： (1)制备了酪氨酸酶-丝素-多壁碳纳米管-酞菁钴修饰玻碳电极，并研究了双酚A在该电极上的电化学氧化反应。丝素能够保持酪氨酸酶的生物活性，多壁碳纳米管能够提高电极表面的电子转移速率，酞菁钴能催化双酚A的电化学氧化。双酚A在电极表面的反应为完全不可逆反应。在优化的实验条件下，双酚A的氧化电流与浓度在5...
【文章页数】：171 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1. 土壤及水的污染
2. 酚类污染物的环境危害
2.1 酚类化合物
2.2 国内外土壤及水中酚类污染物污染的现状
2.3 土壤及水中酚类污染物污染的特点
2.3.1 具有很强的隐蔽性
2.3.2 具有很强的迁移性
2.3.3 具有累积性
2.3.4 具有难治理性
2.4 土壤及水中酚类污染物污染的危害
2.4.1 对人体的危害
2.4.2 对土壤及水环境的影响
2.4.3 对环境的影响
2.4.4 对食品安全的影响
2.4.5 对生态环境的影响
3. 酚类污染物的检测分析现状
3.1 色谱分析法
3.2 光谱分析法
3.3 免疫分析法
3.4 电化学分析法
4. 化学修饰电极
4.1 化学修饰电极简介
4.2 化学修饰电极的制备方法
4.2.1 共价键合法
4.2.1.1 碳基电极的化学修饰
4.2.1.2 金属和金属氧化物基电极的化学修饰
4.2.2 吸附法
4.2.2.1 化学吸附法
4.2.2.2 自组装成膜法
4.2.3 电化学沉积法
4.2.4 电化学聚合法
4.2.5 混合掺入法
4.2.6 直接滴涂法
5. 纳米材料及其在在化学修饰电极中的应用
5.1 纳米材料简介
5.2 纳米材料分类
5.3 纳米材料制备与表征
5.3.1 纳米材料制备
5.3.1.1 物理气相合成
5.3.1.2 化学气相合成
5.3.1.3 沉淀法
5.3.1.4 溶胶-凝胶法
5.3.1.5 水热合成法
5.3.1.6 醇盐水解法
5.3.2 纳米材料表征
5.4 纳米材料在化学修饰电极中的应用
6. 本论文研究工作及意义
2. 材料与方法
2.1 试剂与仪器
2.1.1 试剂
2.1.2 仪器
2.2 试剂配制
2.3 实验方法
2.3.1 基于多壁碳纳米管-酞菁钴-丝素复合材料的安培酪氨酸酶传感器对土壤中双酚 A 的电化学检测
2.3.1.1 多壁碳纳米管的羧基化处理
2.3.1.2 丝素的制备
2.3.1.3 修饰电极的制备
2.3.1.4 电化学检测
2.3.1.5 高效液相色谱检测
2.3.1.6 样品处理
2.3.2 基于 Mg-Al-CO3层状类水滑石修饰玻碳电极检测土壤中双酚 A
2.3.2.1 Mg-Al-CO3层状类水滑石的制备
2.3.2.2 Mg-Al-CO3层状类水滑石修饰玻碳电极的制备
2.3.2.3 电化学检测
2.3.2.4 土壤样品处理及检测
2.3.3 基于 PAMAM-CoTe 纳米材料修饰玻碳电极检测水样中双酚 A
2.3.3.1 CoTe 纳米材料的制备
2.3.3.2 PAMAM-CoTe 纳米材料修饰玻碳电极的制备
2.3.3.3 电化学检测
2.3.3.4 水样处理及检测
2.3.4 基于纳米羟基磷灰石修饰玻碳电极电化学氧化检测水样中 4-硝基苯酚和 2,4-二硝基苯酚
2.3.4.1 纳米羟基磷灰石修饰玻碳电极的制备
2.3.4.2 电化学检测
2.3.4.3 水样处理及检测
2.3.5 基于石墨烯-壳聚糖复合膜修饰玻碳电极检测土壤中的 4-氨基苯酚
2.3.5.1 石墨烯的制备
2.3.5.2 石墨烯-壳聚糖复合膜修饰玻碳电极的制备
2.3.5.3 电化学检测
2.3.5.4 土壤样品处理及检测
2.3.6 基于石墨烯-碳纳米球修饰玻碳电极检测土壤中对苯二酚
2.3.6.1 石墨烯-碳纳米球混合物的制备
2.3.6.2 石墨烯-碳纳米球修饰玻碳电极的制备
2.3.6.3 电化学检测
2.3.6.4 土壤样品处理及检测
3 结果与分析
3.1 基于多壁碳纳米管-酞菁钴-丝素复合材料的安培酪氨酸酶传感器对土壤中双酚 A 的电化学检测
3.1.1 修饰电极在 Fe(CN)6
3-/4-中的电化学行为
3.1.2 BPA 的循环伏安行为
3.1.3 检测条件的优化
3.1.4 电化学有效表面积和速率常数 ks
3.1.5 安培响应
3.1.6 干扰研究
3.1.7 生物传感器的重现性和稳定性
3.1.8 实际样品测定
3.2 基于 Mg-Al-CO3层状类水滑石修饰玻碳电极检测土壤中双酚 A
3.2.1 Mg-Al-CO3层状类水滑石的 FT-IR 和 XRD 表征
3.2.2 Mg-Al-CO3类水滑石修饰玻碳电极的 SEM 图
3.2.3 修饰电极在[Fe(CN)6]3-/4-中的电化学行为
3.2.4 BPA 在不同电极上的电化学行为
3.2.5 LDH 修饰量对 BPA 电化学行为的影响
3.2.6 pH 值对 BPA 电化学行为的影响
3.2.7 扫速对 BPA 电化学行为的影响
3.2.8 富集条件对 BPA 电化学行为的影响
3.2.9 计时库仑研究
3.2.10 校正曲线
3.2.11 干扰研究
3.2.12 电极重现性和稳定性
3.2.13 土壤样品检测
3.3 基于 PAMAM-CoTe 纳米材料修饰玻碳电极检测水样中双酚 A
3.3.1 不同修饰电极在[Fe(CN)6]3-/4-中的电化学行为
3.3.2 BPA 在不同电极上的循环伏安行为
3.3.3 pH 值对 BPA 氧化行为的影响
3.3.4 扫速对 BPA 氧化行为的影响
3.3.5 氧化机理探讨
3.3.6 富集时间对 BPA 氧化行为的影响
3.3.7 计时库仑研究
3.3.8 校正曲线
3.3.9 重现性、稳定性和干扰研究
3.3.10 水样检测
3.4 基于纳米羟基磷灰石修饰玻碳电极电化学氧化检测水样中硝基苯酚
3.4.1 纳米羟基磷灰石及其修饰电极的 SEM 和 TEM 表征
3.4.2 不同电极在[Fe(CN)6]3-/4-中的电化学行为
3.4.3 检测 4-硝基苯酚(4-NP)
3.4.3.1 4-硝基苯酚的电化学行为
3.4.3.2 检测条件优化
3.4.3.3 计时安培和计时库仑研究
3.4.3.4 校正曲线和检出限
3.4.3.5 重现性、稳定性和抗干扰性
3.4.3.6 样品检测
3.4.4 检测 2,4-硝基苯酚(2,4-DNP)
3.4.4.1 2,4-硝基苯酚的电化学行为
3.4.4.2 检测条件优化
3.4.4.3 计时库仑研究
3.4.4.4 氧化机理研究
3.4.4.5 校正曲线和检出限
3.4.4.6 重现性、稳定性和抗干扰性
3.4.4.7 样品检测
3.5 基于石墨烯-壳聚糖复合膜修饰玻碳电极检测土壤中的 4-氨基苯酚
3.5.1 石墨烯的表征
3.5.2 4-氨基苯酚的电化学行为
3.5.3 缓冲溶液 pH 值的影响
3.5.4 扫速的影响
3.5.5 计时安培研究
3.5.6 校正曲线和检出限
3.5.7 样品检测
3.6 基于石墨烯-碳纳米球修饰玻碳电极检测土壤中对苯二酚
3.6.1 石墨烯-碳纳米球的表征
3.6.2 对苯二酚在不同修饰电极上的电化学行为
3.6.3 pH 影响
3.6.4 扫速影响
3.6.5 富集影响
3.6.6 校正曲线
3.6.7 样品检测
4 讨论
4.1 基于多壁碳纳米管-酞菁钴-丝素复合材料的安培酪氨酸酶传感器对土壤中双酚 A 的电化学检测
4.2 基于 Mg-Al-CO3层状类水滑石修饰玻碳电极检测土壤中双酚 A
4.3 基于 PAMAM-CoTe 纳米材料修饰玻碳电极检测水样中双酚 A
4.4 基于纳米羟基磷灰石修饰玻碳电极电化学氧化检测水样中 4-硝基苯酚和 2,4-二硝苯酚
4.5 基于石墨烯-壳聚糖复合膜修饰玻碳电极检测土壤中的 4-氨基苯酚
4.6 基于石墨烯-碳纳米球修饰玻碳电极检测土壤中对苯二酚
5 结论
5.1 多壁碳纳米管-酞菁钴-丝素复合材料的安培酪氨酸酶传感器对土壤中 BPA 的电化学检测
5.2 Mg-Al-CO3层状类水滑石修饰玻碳电极检测土壤中 BPA
5.3 PAMAM-CoTe 纳米材料修饰玻碳电极检测水样中 BPA
5.4 纳米羟基磷灰石修饰玻碳电极电化学氧化检测水样中 4-NP 和 2,4-DNP
5.5 石墨烯-壳聚糖复合膜修饰玻碳电极检测土壤中的 4-AP
5.6 石墨烯-碳纳米球修饰玻碳电极检测土壤中 HQ
6 创新之处
7 参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的论文
本文编号：3763710
【文章页数】：171 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1. 土壤及水的污染
2. 酚类污染物的环境危害
2.1 酚类化合物
2.2 国内外土壤及水中酚类污染物污染的现状
2.3 土壤及水中酚类污染物污染的特点
2.3.1 具有很强的隐蔽性
2.3.2 具有很强的迁移性
2.3.3 具有累积性
2.3.4 具有难治理性
2.4 土壤及水中酚类污染物污染的危害
2.4.1 对人体的危害
2.4.2 对土壤及水环境的影响
2.4.3 对环境的影响
2.4.4 对食品安全的影响
2.4.5 对生态环境的影响
3. 酚类污染物的检测分析现状
3.1 色谱分析法
3.2 光谱分析法
3.3 免疫分析法
3.4 电化学分析法
4. 化学修饰电极
4.1 化学修饰电极简介
4.2 化学修饰电极的制备方法
4.2.1 共价键合法
4.2.1.1 碳基电极的化学修饰
4.2.1.2 金属和金属氧化物基电极的化学修饰
4.2.2 吸附法
4.2.2.1 化学吸附法
4.2.2.2 自组装成膜法
4.2.3 电化学沉积法
4.2.4 电化学聚合法
4.2.5 混合掺入法
4.2.6 直接滴涂法
5. 纳米材料及其在在化学修饰电极中的应用
5.1 纳米材料简介
5.2 纳米材料分类
5.3 纳米材料制备与表征
5.3.1 纳米材料制备
5.3.1.1 物理气相合成
5.3.1.2 化学气相合成
5.3.1.3 沉淀法
5.3.1.4 溶胶-凝胶法
5.3.1.5 水热合成法
5.3.1.6 醇盐水解法
5.3.2 纳米材料表征
5.4 纳米材料在化学修饰电极中的应用
6. 本论文研究工作及意义
2. 材料与方法
2.1 试剂与仪器
2.1.1 试剂
2.1.2 仪器
2.2 试剂配制
2.3 实验方法
2.3.1 基于多壁碳纳米管-酞菁钴-丝素复合材料的安培酪氨酸酶传感器对土壤中双酚 A 的电化学检测
2.3.1.1 多壁碳纳米管的羧基化处理
2.3.1.2 丝素的制备
2.3.1.3 修饰电极的制备
2.3.1.4 电化学检测
2.3.1.5 高效液相色谱检测
2.3.1.6 样品处理
2.3.2 基于 Mg-Al-CO3层状类水滑石修饰玻碳电极检测土壤中双酚 A
2.3.2.1 Mg-Al-CO3层状类水滑石的制备
2.3.2.2 Mg-Al-CO3层状类水滑石修饰玻碳电极的制备
2.3.2.3 电化学检测
2.3.2.4 土壤样品处理及检测
2.3.3 基于 PAMAM-CoTe 纳米材料修饰玻碳电极检测水样中双酚 A
2.3.3.1 CoTe 纳米材料的制备
2.3.3.2 PAMAM-CoTe 纳米材料修饰玻碳电极的制备
2.3.3.3 电化学检测
2.3.3.4 水样处理及检测
2.3.4 基于纳米羟基磷灰石修饰玻碳电极电化学氧化检测水样中 4-硝基苯酚和 2,4-二硝基苯酚
2.3.4.1 纳米羟基磷灰石修饰玻碳电极的制备
2.3.4.2 电化学检测
2.3.4.3 水样处理及检测
2.3.5 基于石墨烯-壳聚糖复合膜修饰玻碳电极检测土壤中的 4-氨基苯酚
2.3.5.1 石墨烯的制备
2.3.5.2 石墨烯-壳聚糖复合膜修饰玻碳电极的制备
2.3.5.3 电化学检测
2.3.5.4 土壤样品处理及检测
2.3.6 基于石墨烯-碳纳米球修饰玻碳电极检测土壤中对苯二酚
2.3.6.1 石墨烯-碳纳米球混合物的制备
2.3.6.2 石墨烯-碳纳米球修饰玻碳电极的制备
2.3.6.3 电化学检测
2.3.6.4 土壤样品处理及检测
3 结果与分析
3.1 基于多壁碳纳米管-酞菁钴-丝素复合材料的安培酪氨酸酶传感器对土壤中双酚 A 的电化学检测
3.1.1 修饰电极在 Fe(CN)6
3-/4-中的电化学行为
3.1.2 BPA 的循环伏安行为
3.1.3 检测条件的优化
3.1.4 电化学有效表面积和速率常数 ks
3.1.5 安培响应
3.1.6 干扰研究
3.1.7 生物传感器的重现性和稳定性
3.1.8 实际样品测定
3.2 基于 Mg-Al-CO3层状类水滑石修饰玻碳电极检测土壤中双酚 A
3.2.1 Mg-Al-CO3层状类水滑石的 FT-IR 和 XRD 表征
3.2.2 Mg-Al-CO3类水滑石修饰玻碳电极的 SEM 图
3.2.3 修饰电极在[Fe(CN)6]3-/4-中的电化学行为
3.2.4 BPA 在不同电极上的电化学行为
3.2.5 LDH 修饰量对 BPA 电化学行为的影响
3.2.6 pH 值对 BPA 电化学行为的影响
3.2.7 扫速对 BPA 电化学行为的影响
3.2.8 富集条件对 BPA 电化学行为的影响
3.2.9 计时库仑研究
3.2.10 校正曲线
3.2.11 干扰研究
3.2.12 电极重现性和稳定性
3.2.13 土壤样品检测
3.3 基于 PAMAM-CoTe 纳米材料修饰玻碳电极检测水样中双酚 A
3.3.1 不同修饰电极在[Fe(CN)6]3-/4-中的电化学行为
3.3.2 BPA 在不同电极上的循环伏安行为
3.3.3 pH 值对 BPA 氧化行为的影响
3.3.4 扫速对 BPA 氧化行为的影响
3.3.5 氧化机理探讨
3.3.6 富集时间对 BPA 氧化行为的影响
3.3.7 计时库仑研究
3.3.8 校正曲线
3.3.9 重现性、稳定性和干扰研究
3.3.10 水样检测
3.4 基于纳米羟基磷灰石修饰玻碳电极电化学氧化检测水样中硝基苯酚
3.4.1 纳米羟基磷灰石及其修饰电极的 SEM 和 TEM 表征
3.4.2 不同电极在[Fe(CN)6]3-/4-中的电化学行为
3.4.3 检测 4-硝基苯酚(4-NP)
3.4.3.1 4-硝基苯酚的电化学行为
3.4.3.2 检测条件优化
3.4.3.3 计时安培和计时库仑研究
3.4.3.4 校正曲线和检出限
3.4.3.5 重现性、稳定性和抗干扰性
3.4.3.6 样品检测
3.4.4 检测 2,4-硝基苯酚(2,4-DNP)
3.4.4.1 2,4-硝基苯酚的电化学行为
3.4.4.2 检测条件优化
3.4.4.3 计时库仑研究
3.4.4.4 氧化机理研究
3.4.4.5 校正曲线和检出限
3.4.4.6 重现性、稳定性和抗干扰性
3.4.4.7 样品检测
3.5 基于石墨烯-壳聚糖复合膜修饰玻碳电极检测土壤中的 4-氨基苯酚
3.5.1 石墨烯的表征
3.5.2 4-氨基苯酚的电化学行为
3.5.3 缓冲溶液 pH 值的影响
3.5.4 扫速的影响
3.5.5 计时安培研究
3.5.6 校正曲线和检出限
3.5.7 样品检测
3.6 基于石墨烯-碳纳米球修饰玻碳电极检测土壤中对苯二酚
3.6.1 石墨烯-碳纳米球的表征
3.6.2 对苯二酚在不同修饰电极上的电化学行为
3.6.3 pH 影响
3.6.4 扫速影响
3.6.5 富集影响
3.6.6 校正曲线
3.6.7 样品检测
4 讨论
4.1 基于多壁碳纳米管-酞菁钴-丝素复合材料的安培酪氨酸酶传感器对土壤中双酚 A 的电化学检测
4.2 基于 Mg-Al-CO3层状类水滑石修饰玻碳电极检测土壤中双酚 A
4.3 基于 PAMAM-CoTe 纳米材料修饰玻碳电极检测水样中双酚 A
4.4 基于纳米羟基磷灰石修饰玻碳电极电化学氧化检测水样中 4-硝基苯酚和 2,4-二硝苯酚
4.5 基于石墨烯-壳聚糖复合膜修饰玻碳电极检测土壤中的 4-氨基苯酚
4.6 基于石墨烯-碳纳米球修饰玻碳电极检测土壤中对苯二酚
5 结论
5.1 多壁碳纳米管-酞菁钴-丝素复合材料的安培酪氨酸酶传感器对土壤中 BPA 的电化学检测
5.2 Mg-Al-CO3层状类水滑石修饰玻碳电极检测土壤中 BPA
5.3 PAMAM-CoTe 纳米材料修饰玻碳电极检测水样中 BPA
5.4 纳米羟基磷灰石修饰玻碳电极电化学氧化检测水样中 4-NP 和 2,4-DNP
5.5 石墨烯-壳聚糖复合膜修饰玻碳电极检测土壤中的 4-AP
5.6 石墨烯-碳纳米球修饰玻碳电极检测土壤中 HQ
6 创新之处
7 参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的论文
本文编号：3763710
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