功能化磁性材料制备及在环境污染物检测中的应用

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环境污染物种类繁多,对人类健康及生态环境造成了严重的威胁。因此建立环境污染物检测技术,对于环境污染风险防控、保护人类健康及生态环境有着重要的意义。由于环境样品复杂多样、环境污染物检测项目千差万别,样品前处理技术一直是环境污染物检测技术建立和发展的关键环节之一。功能化磁性材料作为一种新型的SPE材料,具有快速磁响应性、高度生物相容性、易于表面功能化修饰等一系列优点,在快速高效富集蛋白、细菌、核酸、病毒等特定目标物等方面均显示了良好的应用前景。因此,将功能化磁性材料应用于环境污染物的检测技术研究中,对环境中相关污染物分析技术的完善、保护人类健康有重要的意义。1.功能化磁性材料的制备与表征(1)纳米四氧化三铁(Fe3O4)磁性内核的制备与表征;(2)二氧化硅磁性微球(Fe3O4@TEOS)的制备与表征;(3)聚酰胺66(PA66)功能化磁性材料的制备与表征;(4)氨基功能化磁性材料(Fe3O4@TEOS@APTES)的制备与表征。2.PA66功能化磁性材料在双酚A(BPA)检测中的应用(1)PA66功能化磁性材料对BPA富集条件的优化;(2)基于PA66功能化磁性材料的BPA检测方法的建立;(3)实际样品检测。3. Fe3O4@TEOS@APTES在几种典型环境污染物检测中的初步应用(1) Fe3O4@TEOS@APTES对16种多环芳烃类(PAHs)污染物的吸附效果研究;(2) Fe3O4@TEOS@APTE S对重金属离子Pb、Cd的吸附效果研究。1.功能化磁性材料的制备及表征(1)纳米Fe3O4磁性内核的制备及表征:在传统化学共沉淀法基础上,通过调整反应的碱性体系、三价铁和二价铁比例,结合脱氧、陈化等技术对Fe3O4的制备过程进行优化,并以TEM、XRD对合成的Fe3O4进行表征;(2) Fe3O4@TEOS的制备及表征:利用富含硅氧键的TEOS对磁性Fe3O4内核进行修饰,并以TEM、XRD3寸合成的]Fe3O4@TEOS进行表征;(3)PA66功能化磁性材料的制备及表征:利用反相无水微乳液合成的新方法,完成难溶于水和一般有机相材料在固相亲水性磁性微球表面的修饰,并以TEM、FT-IR对合成的PA66功能化磁性材料进行表征;(4)Fe3O4@TEOS@APTES的制备及表征:利用APTES对制备的Fe3O4@TEOS表面进行修饰,并以TEM、XRD、FT-IR对合成的Fe3O4@TEOS@APTES进行表征。2.PA66功能化磁性材料在BPA检测中的应用(1)探讨PA66功能化磁性材料制备过程中相关影响因素对BPA的预处理效果的影响,并在优化好的条件下验证材料多次重复使用对BPA回收效果的影响;(2)在优化好的实验条件下,建立水中基于PA66功能化磁性材料的BPA检测方法;(3)将制备的材料应用到实际样品的检测中,对海水、河水、地下水、自来水厂出厂水和自来水5种不同的水样中的BPA进行检测,采用高(5μg/L)中(10μg/L)低(15μg/L)三个浓度对实际水样进行加标回收,验证方法的准确性和不同水体基质的适用能力。3.Fe3O4@TEOS@APTES对几种典型环境污染物的吸附效果研究(1)结合HPLC分析技术,初步验证Fe3O4@TEOS@APTES对16种PAHs的吸附效果;(2)结合原子吸收分光光度计,初步验证Fe3O4@TEOS@APTES对水中重金属离子Pb、Cd的吸附效果。1.功能化磁性材料的制备及表征(1)成功制备了粒径约为15-20nm的Fe3O4纳米磁性内核,优化后的方法相对于传统的化学共沉淀法所制得的Fe3O4磁性颗粒形貌更加规则,粒径更加均匀;(2)TEOS在Fe3O4表面修饰成功,成功合成了规则球形、粒径约为3OOnm的Fe3O4@TEOS;(3)利用反相无水微乳液合成新方法,成功制备了PA66功能化磁性材料,其分散性能好,形貌规则;(4)成功合成了形貌规则、粒径均匀的球形Fe3O4@TEOS@APTES。2.PA66功能化磁性材料在BPA检测中的应用(1)完成了PA66功能化磁性材料对BPA富集条件的优化,并在优化好的条件下验证了材料多次重复使用对BPA回收效果的影响,证实了本材料可至少重复使用10次以上;(2)在优化好的实验条件下,建立了水样中基于PA66功能化磁性材料的BPA的检测方法,线性范围0.20-100.00μg/L,检出限为0.05μg/L,富集倍数为250倍;(3)将制备的材料应用到实际样品的检测中,对5种不同的水样中的BPA进行检测,加标回收率88.54%-104.46%。证实该方法对该5种水体基质适用性良好。3. Fe3O4@TEOS@APTES对几种典型环境污染物的吸附效果研究(1)该材料对苯并[a]芘、苊、苯并[a]蒽、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、二苯并[a,h]蒽和茚并芘7种稠环PAHs具有不同程度的吸附效果,吸附效率在61.0-79.0%之间;(2)该材料对水中Pb(5.0mg/I的吸附效率为94.4Cd(5.0mg/I的吸附效率为94.7%。证实了该材料对水中重金属离子Pb、Cd具有较好的吸附效果。本研究制备了Fe3O4纳米磁性内核、二氧化硅磁性微球、PA66功能化磁性材料及氨基功能化磁性材料。确定了PA66功能化磁性材料对BPA吸附的最佳条件,建立了基于PA66功能化磁性材料的BPA检测方法。利用制备的氨基功能化材料,实现了以苯并[a]芘为代表的7种PAHs的同时定量分析,为进一步的风险防控研究提供了依据。制备的氨基功能化磁性材料对重金属离子Pb,Cd的吸附效果较好,为氨基功能化磁性材料在这些重金属离子的去除及检测方面的进一步应用提供了一定的理论依据。本研究所制备的功能化磁性材料在环境污染物的检测中具有进一步研究价值和更广阔的应用前景。
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