[发明专利]基于双层中空氧化锌/碳材料的固相微萃取纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于双层中空氧化锌/碳材料的固相微萃取纤维的制备方法。所述方法以锌基金属有机框架纳米立方体材料ZIF‑8为基体，通过刻蚀和热解的方法制得具有独特结构和组分的双层中空氧化锌/碳材料，然后涂覆在不锈钢丝表面，形成固相微萃取纤维。本发明合成的材料中，高度分散的氧化锌和碳组分能提供丰富的吸附位点，双层中空形貌保证了其对分析物的敏感性萃取，对不同极性有机物都有比较高的萃取效率，并且检测限低，重复性和再现性好，适用于实际水样中丰富分析物的富集和测定，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及固相微萃取涂层材料技术领域，涉及一种基于双层中空氧化锌/碳材料的固相微萃取纤维及其制备方法。

背景技术

自然环境中挥发性有机化合物(VOCs)因其高毒性对自然环境和人体健康造成的危害，受到了极大的关注。因此需要监测VOCs的浓度。但是，环境中的VOCs浓度很低，难以直接对其进行有效的仪器分析。因此，需要样品前处理技术(如溶剂提取法、顶空吸附提取法和固相微萃取法)来富集环境中痕量的VOCs。在这些技术中，固相微萃取法(Solid PhaseMicroextraction，SPME)是一种微尺度、非溶剂的提取方法，并且被广泛地运用在这类物质的灵敏监测中。然而，在实际样品中有很多种类的挥发性有机化合物，非极性的苯系物(如苯、甲苯、乙苯和二甲苯)和极性的氯酚类(如邻氯苯酚、2，4-二氯苯酚和2，4，6-三氯苯酚)等普遍共存。所以，发展一类可以对广谱分析物灵敏监测的SPME纤维涂层至关重要。

自从Djozan等[Dj.Djozan，L.Abdollahi，Anodized zinc wire as a solid-phasemicroextraction fiber，Chromatographia,2003,57,799-804.]首次利用氧化锌制成SPME纤维涂层对极性化合物选择性萃取以来，基于氧化锌的涂层材料凭借其易制备、良好的耐热性、无毒、表面存在丰富的Zn-OH等特点在选择性富集极性有机化合物方面得到了广泛发展。然而其较小的比表面积和较差的分散系阻碍了它们的进一步发展。同时，作为另一种良好的SPME吸附剂，碳材料由于其固有的疏水性展现了对非极性有机物良好的的萃取能力，但对于极性有机物萃取能力较差。

目前，金属有机框架材料(MOFs)由于其组分与结构的可调性，被认为是直接碳化形成多功能复合物最有前景的前驱体与模板剂之一。得益于其多孔结构，基于MOFs的纳米多孔碳、金属氧化物与其复合物在许多领域(如传感器、光催化和电化学)展现出了卓越的应用性能。Wang等[J.Wang，X.Luo，C.Young，J.Kim，Y.V.Kaneti，J.You，Y.Kang，Y.Yamauchi，K.C.W.Wu，A glucose-assisted hydrothermal reaction for directlytransformingmetal-organic frameworks into hollow carbonaceous materials，ChemMater,2018,30,4401-4408.]利用葡萄糖辅助的方法制备了一个中空的氧化锌/碳材料，并证明了该材料制成的电极拥有比较高的比电容和快的速率。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于双层中空氧化锌/碳材料的固相微萃取涂层及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案如下：

基于双层中空氧化锌/碳材料的固相微萃取纤维的制备方法，具体步骤如下：

步骤1，在搅拌条件下，将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)加入Zn(NO₃)₂·6H₂O溶液中，得到的混合物迅速加入2-甲基咪唑溶液中，搅拌混合均匀后，静置反应，离心分离得到ZIF-8纳米晶体，再加入单宁酸混合陈化，产物用水和甲醇清洗后，得到双层中空的ZIF-8(DSH-ZIF-8)；

步骤2，双层中空的ZIF-8在非氧化气体保护下，400～600℃下碳化，得到双层中空的氧化锌/碳复合材料(ZnO/C)；