[发明专利]一种竹节状磁性氮/金属钴掺杂的碳纳米管材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种作为磁性固相萃取吸附剂的竹节状氮/金属钴掺杂的碳纳米管材料的制备方法及其在吸附富集冈田海绵酸上的应用。本发明的竹节状氮/金属钴掺杂的碳纳米管材料的比表面积达到154cm³ g^‑1，掺杂氮元素使其拥有大量的吸附位点，碳纳米管上的π电子可与冈田海绵酸上的π电子形成π‑π共轭，氮元素能与冈田海绵酸通过氢键作用对冈田海绵酸进行吸附，并且竹节状结构使其具备优异的结构稳定性、热稳定性以及化学稳定性，同时，具有磁性的特点也有利于吸附后续的分离工作。将其应用于对冈田海绵酸的吸附富集，可做到快速吸附（5min）以及快速解析（15min）的效果。

技术领域

本发明属于碳纳米管材料技术领域，具体涉及一种竹节状磁性氮/金属钴掺杂的碳纳米管材料的制备方法及其在吸附富集冈田海绵酸上的应用。

背景技术

冈田海绵酸（OA）是由海洋中的藻类或者微生物所产生的一种脂溶性次生代谢物。它是腹泻性贝毒（DSP）的主要活性成分，能够在贻贝、扇贝、牡蛎等双壳贝类中积累。如果人类摄食受到OA污染的贝类，会引起严重的肠道炎症和腹泻，因此有必要多贝类中的OA含量进行监控。但是贝类样品中OA的浓度比较低，且样品基质较为复杂，使得其在检测上有一定难度，需要对样品进行前处理，以对OA进行吸附富集。

固相萃取 (SPE) 是OA分离富集的常用前处理方法，它是目前用于样品提纯、分析物浓缩富集最为广泛的基于固相吸附剂的方法。SPE 具有操作简单、溶剂用量少、适用范围广等优点。为了更加突出这些优势，又发展出了新的固相萃取新技术。其中磁性固相萃取(MSPE）在具有高吸附容量、强亲和力、良好的分散性和稳定性的同时，还可借助外加磁场将吸附剂与样品溶液分离，因而具有方便、快捷、高效的优点。

但是现有的制备磁性固相萃取吸附剂的方法大多比较繁琐，不利于进行大规模生产，进而影响其实际应用。因此，开发出易于大规模生产制备的磁性固相萃取吸附剂迫在眉睫。碳纳米管在具有优异的吸附性能的同时，还具有易于制备的特点，是一种较为理想的吸附材料。碳纳米管与OA分子存在π-π共轭作用、氢键等作用力，这些都有利于其对OA的吸附。

发明内容

本专利通过煅烧法一步合成竹节状磁性氮/金属钴掺杂的碳纳米管材料。作为吸附材料具有高的比表面积，掺杂氮元素使其拥有大量的吸附位点并且增强其在极性溶剂中的分散性；竹节状结构使其具有优异的结构稳定性、热稳定性以及化学稳定性，其易于制备的特点亦容易应用于大规模生产。同时，金属钴使得该吸附剂材料具有稳定的磁性，有利于在吸附解析过程中的固液分离。将所制得的竹节状氮/金属钴掺杂的碳纳米管材料应用于对冈田海绵酸的吸附富集。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种竹节状磁性氮/金属钴掺杂的碳纳米管材料是通过三聚氰胺或者尿素与氯化钴在氩气的氛围下高温煅烧而制得。反应后钴单质被保留在碳管中，为整体碳纳米管材料提供了可靠、稳定的磁性。碳纳米管表面的氮元素不但提高吸附剂在极性溶剂中的分散性，而且能提供大量的吸附位点。

所述竹节状磁性氮/金属钴掺杂的碳纳米管材料的制备方法具体包括如下步骤：

1)将2.0 g三聚氰胺或者3.0 g尿素与0.5 g CoCl₂·2H₂O在30 mL坩埚中混合，加入2.0 mL无水乙醇搅拌溶解，置于70 ℃鼓风干燥箱干燥至乙醇完全挥发。

2) 将步骤1)中坩埚置于管式炉中，以80 mL/min的速率持续通入氩气。以7℃/min的速率升至200℃后，保持2 h。之后以7℃/min的速率升至1000℃，并在1000℃持续煅烧两小时。之后以5℃/min速率降至室温，关闭氩气，获得黑色固体。

3) 将步骤2)所得黑色固体置于盛有1 mol/L 盐酸的烧杯中以180 r/min速度搅拌4 h，用去离子水与无水乙醇交替洗涤三次后干燥，即得到竹节状磁性氮/金属钴掺杂的碳纳米管材料。