[发明专利]十八烷基修饰的泡沫镍吸附剂及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及固相萃取吸附剂，具体地指一种十八烷基修饰的泡沫镍吸附剂及其应用。

背景技术

多环芳烃(PAHs)由一大类含2个或更多稠环碳氢化合物组成，它们是一类广泛存在的环境污染物，由自然源和人为源的有机材料不完全燃烧产生。PAHs是难降解的有毒物质，大量流行病学研究表明接触PAHs的人有患癌症的风险，为此PAHs被美国环境保护署(U.S.EPA)和欧洲环境署(EEA)列为优先污染物。因此，为了保护人类健康和环境安全，越来越多研究集中于环境水样中PAHs的测定。PAHs有较强的疏水性，有挥发性，且挥发性随着分子量的增加而降低。

为了检测水生环境中痕量的PAHs，在仪器分析之前通常需要一个样品前处理过程。固相萃取(SPE)是PAHs最常用的的前处理技术，因为SPE具有分离能力强、富集因子高、需要样品体积小、溶剂消耗少、低成本以及容易自动化等优点。发展简单、快速以及高效的SPE新模式是样品前处理的最终目标。

泡沫金属是一种3D单元的材料，其基本框架由规律的空心管节点连接而成，形成一个无晶格基底的平面八面体单元。其3D纳米结构阵列框架不仅能提供较大的比表面积，而且能提供改进的离子扩散和电子运输路径。最近，泡沫金属较多的应用于高效超级电容的研究。泡沫镍由于有连通的气孔结构和高的气孔率，因此具有高通气性、高比表面积和毛细力，多作为功能材料，用于制作流体过滤器、雾化器、催化器、电池电极板和热交换器等。目前，虽有C₁₈填充吸附剂和C₁₈功能化的磁性吸附剂用于萃取吸附PAHs的报道。还未见C₁₈功能化的泡沫镍(NF-C₁₈)用于检测水中的16种PAHs的报道。

发明内容

本发明的目的就是要克服现有技术所存在的不足，提供一种十八烷基修饰的泡沫镍吸附剂及其应用。

为实现上述目的，本发明所设计的十八烷基修饰的泡沫镍吸附剂，其特别之处在于，它按照以下步骤制得：

1)将泡沫镍剪切成片状，丙酮浸泡除污，再用HCl溶液洗涤，超声处理除去表面的NiO层，最后用去离子水和乙醇洗涤，晾干，得到预处理后的泡沫镍；

2)取预处理后的泡沫镍分散在异丙醇和超纯水的混合物中，超声15min，然后依次加入氨水和TEOS，在45℃下搅拌12h，然后洗涤干燥，在预处理后的泡沫镍外面包裹上一层多孔硅胶，得到包硅泡沫镍；

3)将包硅泡沫镍和C₁₈-异氰酸酯在100℃真空干燥处理后备用，在氩气保护下，依次加入无水甲苯、干燥的C₁₈-异氰酸酯、三乙胺和干燥的包硅泡沫镍，混合物磁力搅拌下80℃回流24h，自然冷却至室温，洗涤干燥，得到十八烷基修饰的泡沫镍吸附剂。

本发明还公开了上述十八烷基修饰的泡沫镍吸附剂在检测水样中多环芳烃的应用：按照100mL水样加入120mg十八烷基修饰的泡沫镍吸附剂，将十八烷基修饰的泡沫镍吸附剂加入到水样中搅拌萃取5min，取出十八烷基修饰的泡沫镍吸附剂，再用正己烷洗脱吸附在十八烷基修饰的泡沫镍吸附剂上的多环芳烃，取洗脱液1μL进入GC-MS系统分离，检测水样中16种多环芳烃，所述16种多环芳烃为萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[a]芘、二苯并[a,h]荧蒽、茚苯[1,2,3-cd]芘、苯并[g,h,i]苝。

本发明考察吸附剂的循环使用情况，120mg十八烷基修饰的泡沫镍吸附剂使用之后用1mL正己烷浸润3次之后再使用，保证其无多环芳烃残留。再生的吸附剂用于SPE，水样中每种多环芳烃加标200ng/L，经过10次循环使用之后，其对目标物的萃取效率没有明显的变化。结果表明十八烷基修饰的泡沫镍吸附剂稳定、耐用，可以多次重复使用。

本发明将泡沫金属引入固相萃取新材料。泡沫金属是一种3D单元的材料，其3D纳米结构阵列框架能提供较大的比表面积。本发明先利用TEOS的水解将泡沫镍硅烷化，使泡沫镍表面包上一层硅胶，这层介孔材料能增大泡沫镍表面积。而且，硅烷化能使泡沫镍表面产生大量的羟基，利于进一步的功能化。接下来，包硅泡沫镍用十八烷基异氰酸酯进行C₁₈功能化，具有优良的分离能力，较好的稳定性和较长的使用寿命。