基於功能納米纖維的水中汙染物富集萃取方法
2023-06-09 21:06:56 1
專利名稱：基於功能納米纖維的水中汙染物富集萃取方法
技術領域：
本發明涉及一種基於功能納米纖維的萃取方法，特別是涉及一種用於水中汙染物富集的萃取技術。屬於水中汙染物富集萃取的技術領域。
背景技術：
由於全球化學品汙染日趨嚴重，各種無機物、有機物的持久汙染性對環境生態和人類健康的危害已經逐漸引起人們的注意，對這類汙染物的檢測已經成為環境檢測部門的一項經常性工作。
目前針對水樣中汙染物的富集的方法主要有液液萃取、固相萃取和固相微萃取。液液萃取法一般具有萃取效率高、投資較小等特點，但液液萃取法僅適用於高濃度有毒有機廢水的治理，且液液分離困難，萃取劑易流失而導致二次汙染，能耗高，分析時間較長，回收率相對較低，這些缺點嚴重製約了液液萃取法的使用。
固相萃取(SPE)是一種有效的微量或痕量物質分離淨化手段，成功的避免液-液萃取所代來的許多問題。與液液萃取相比，固相萃取更有效，容易達到定量萃取，快速和自動化，同時也減少了溶劑用量和工作時間，但是一般仍然需要蒸發乾溶劑，以達到濃縮的目的。在固相萃取基礎上發展起來的固相微萃取(SPME)因其萃取過程中不用或少用有機溶劑，不會造成二次汙染而備受關注。該技術屬非完全萃取，樣品富集容量有限，對萃取的時間、溫度，纖維塗層的位置等條件要嚴格的控制，但是這兩種方法因其昂貴的造價，限制了其廣泛的應用。
發明內容
技術問題本發明的目的在於克服已有技術的操作複雜、成本高、效率低等缺陷，從而採用功能納米纖維萃取膜材料，利用納米結構表面的強吸附能力，用各種功能基團修飾納米纖維結構表面，使其對不同的汙染物有選擇吸附性，提供了一種操作簡便、效率高、成本低廉的基於功能納米纖維的水中汙染物富集萃取方法。
技術方案本發明的基於功能納米纖維的水中汙染物富集萃取方法包括如下步驟1)根據待富集汙染物的化學性質，通過添加與其相互作用的功能物質或進行表面處理，利用電紡技術製備功能性納米纖維膜材料，將此功能性納米纖維膜材料安裝在特定的萃取裝置上；2)將以上的功能性納米纖維膜材料用適當溶劑活化處理後，將其置於待處理的水樣中，藉助富集裝置上攪拌棒的攪拌作用，吸附周圍水環境中的汙染物，水體中的汙染物富集到了功能性納米纖維膜材料表面，該膜起到固相萃取的作用；3)將以上富集有汙染物的功能性納米纖維膜材料放入一圓錐形過濾管中，用酸、或鹼、或有機溶劑，或酸、鹼、有機溶劑的混合體，藉助外界壓力將汙染物洗脫下來，所述的相互作用的功能物質，對金屬汙染物，為絡合劑；對於酚類汙染物，為含金屬元素的物質；對於離子性化合物，為含反離子的化合物，對於大分子物質，為該分子的抗體。所述的溶劑為水及水為基質的酸或鹼；或水和醇或酮混合溶劑；或醇、酮、酸、鹼、醚有機溶劑。所述的功能性納米纖維膜材料中的纖維直徑為10-1000nm，纖維表面為平滑或多孔的。功能性納米纖維材料為有機、或無機或有機與無機材料混雜的納米纖維，以及上述幾類納米纖維為載體的特定官能團化學修飾的功能納米纖維，或天然的聚合物。所述的功能性納米纖維材料中，功能性納米纖維的有機材料為聚氧乙烯、聚乙烯醇、聚萘二甲酸乙二酯、聚苯胺、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚N-異丙基丙烯醯胺、聚醋酸乙烯及其衍生物中的一種；無機的納米纖維的材料為二氧化矽、二氧化鈦、碳中的一種；天然的聚合物為多糖、多肽、纖維素、聚乳酸、乾酪素及其衍生物中的一種。所述的圓錐形過濾管體積為10μl-5ml。
有益效果與現有的各種萃取技術相比較，本發明提供的基於功能納米纖維的水中汙染物富集的萃取方法的優點在於1)由於納米纖維的比表面積巨大，且修飾了特定的功能基團，有較強的與目標分子相互作用力。只使用微量的吸附劑，吸附萃取效率卻可以大大提高；2)水中汙染物由於相應分子在兩個不同相之間的化學勢能不同，從一個相轉移到另外一個相的淨流量在足夠長的採樣時間內可以達到一個平衡。無需其它的能量源。
3)膜萃取過程中，只要將功能膜材料安裝入特定的配件中，放入水樣中，啟動攪拌即可，操作工藝和設備簡單；4)將富集有汙染物的功能膜放入一錐形管中，只需用很少體積的溶劑，藉助外界壓力即可將汙染物洗脫下來；5)用於洗脫的錐形管不需濾板或濾片，依靠錐形萃取管的錐尖可支持團結起來的纖維，使用注射器加壓，可快速進行樣品的過柱、洗滌和洗脫，操作簡便易行；6)與SPE相比，使用的溶劑少，基本可以省去有機溶劑揮幹的過程，有效避免環境汙染；與現有的SPME相比，萃取容量大，萃取平衡時間短(以苯為例，對微、納摩爾濃度的樣品，僅需15min左右)，不須苛刻地控制萃取和解析條件；7)本發明具有富集效率高，淨化作用強，處理樣品時間短，應用範圍廣等特點。
具體實施例方式
本發明提供一種基於功能納米纖維的水樣中汙染物富集的萃取技術，包括如下步驟1)根據待富集汙染物的化學性質，添加與其相互作用的功能物質，利用電紡技術製備功能性納米纖維膜材料，將此膜安裝在特定的萃取裝置上。現以聚苯乙烯為例，簡要敘述其製備步驟將聚苯乙烯(PS)溶於N，N-二甲基甲醯胺(DMF)和四氫呋喃(THF)混合液中製成PS溶液，進行電紡；納米纖維直徑為10-1000nm，纖維表面為平滑或多孔的；2)將步驟1)安裝在萃取裝置上的功能性納米纖維膜材料用甲醇或乙醇及水依次浸洗活化處理後，將其置於待富集的水樣中，藉助富集裝置上攪拌棒的攪拌作用(適當的旋轉速度)，經過適當的時間，吸附周圍水環境中的汙染物。水體中的汙染物富集到了功能性納米纖維膜材料的纖維表面，完成萃取的作用；3)將步驟2)中富集有汙染物的功能膜放入一錐形管中，按照5-20μl/每1mg納米纖維的比例，用一定體積的溶劑，藉助外界壓力將汙染物洗脫下來。
所述的相互作用的功能物質，對金屬汙染物，為絡合劑；對於酚類汙染物，為含金屬元素的物質；對於離子性化合物，為含反離子的化合物；對於大分子物質，為該分子的抗體。所述的溶劑為水及水為基質的酸或鹼；或水和醇或酮混合溶劑；或醇、酮、酸、鹼、醚有機溶劑。功能性納米纖維材料為有機、或無機或有機與無機材料混雜的納米纖維，以及上述幾類納米纖維為載體的特定官能團化學修飾的功能納米纖維，或天然的聚合物。所述的功能性納米纖維材料中，功能性納米纖維的有機材料為聚氧乙烯、聚乙烯醇、聚萘二甲酸乙二酯、聚苯胺、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚N-異丙基丙烯醯胺、聚醋酸乙烯及其衍生物中的一種；無機的納米纖維的材料為二氧化矽、二氧化鈦、碳中的一種；天然的聚合物為多糖、多肽、纖維素、聚乳酸、乾酪素及其衍生物中的一種。所述的圓錐形過濾管體積為10μl-5ml。
所述步驟2)水樣中汙染物為烷烴，烯烴、苯、取代苯，多環芳烴、醛、酮、酸、酯等有機物；金屬離子、無機酸、鹼等無機物，蛋白、多糖等大分子。
納米直徑的纖維具有大的比表面積，有較強的與目標物相互作用能力，對目標物的吸附容量高，達到作用平衡的時間也大大減少，可以高效、快速的對水中汙染物進行採集和預處理，對環境中的汙染物進行時間累加性的採集，洗脫後可以用各種儀器分析方法定量分析；該發明屬於無溶劑萃取技術，處理過程中僅使用少量溶劑來洗脫，提高準確度，減少環境汙染；此方法對持久性汙染物富集倍數比較高，操作工藝和設備簡單。
權利要求
1.一種基於功能納米纖維的水中汙染物富集萃取方法，其特徵在於該方法包括如下步驟1)根據待富集汙染物的化學性質，通過添加與其相互作用的功能物質或進行表面處理，利用電紡技術製備功能性納米纖維膜材料，將此功能性納米纖維膜材料安裝在特定的萃取裝置上；2)將以上的功能性納米纖維膜材料用溶劑活化處理後，將其置於待處理的水樣中，藉助富集裝置上攪拌棒的攪拌作用，吸附周圍水環境中的汙染物，水體中的汙染物富集到了功能性納米纖維膜材料表面，該膜起到固相萃取的作用；3)將以上富集有汙染物的功能性納米纖維膜材料放入一圓錐形過濾管中，用酸、或鹼、或有機溶劑，或酸、鹼、有機溶劑的混合體，藉助外界壓力將汙染物洗脫下來。
2.根據權利要求1所述的用於基於功能納米纖維的水中汙染物富集萃取方法，其特徵在於所述的相互作用的功能物質，對金屬汙染物，為絡合劑；對於酚類汙染物，為含金屬元素的物質；對於離子性化合物，為含反離子的化合物，對於大分子物質，為該分子的抗體。
3.根據權利要求1所述的用於基於功能納米纖維的水中汙染物富集萃取方法，其特徵在於所述的溶劑為水及水為基質的酸或鹼；或水和醇或酮混合溶劑；或醇、酮、酸、鹼、醚有機溶劑。
4.根據權利要求1所述的用於基於功能納米纖維的水中汙染物富集萃取方法，其特徵在於所述的功能性納米纖維膜材料中的纖維直徑為10-1000nm，纖維表面為平滑或多孔的。
5.根據權利要求1所述的用於基於功能納米纖維的水中汙染物富集萃取方法，其特徵在於功能性納米纖維材料為有機、或無機或有機與無機材料混雜的納米纖維，以及上述幾類納米纖維為載體的特定官能團化學修飾的功能納米纖維，或天然的聚合物。
6.根據權利要求1或2或3所述的用於基於功能納米纖維的水中汙染物富集萃取方法，其特徵在於所述的功能性納米纖維材料中，功能性納米纖維的有機材料為聚氧乙烯、聚乙烯醇、聚萘二甲酸乙二酯、聚苯胺、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚N-異丙基丙烯醯胺、聚醋酸乙烯及其衍生物中的一種；無機的納米纖維的材料為二氧化矽、二氧化鈦、碳中的一種；天然的聚合物為多糖、多肽、纖維素、聚乳酸、乾酪素及其衍生物中的一種。
7.根據權利要求1所述的用於基於功能納米纖維的水中汙染物富集萃取方法，其特徵在於所述的圓錐形過濾管體積為10μl-5ml。
全文摘要
基於功能納米纖維的水中汙染物富集萃取方法，涉及一種用於水中汙染物富集的萃取新技術——功能納米纖維萃取技術。該方法採用電紡技術通過添加或不添加功能性物質，或採用纖維表面後處理的方法，製備功能納米纖維，用纖維製成不同直徑和厚度的膜，裝配上適當的配件，適用於水樣中的汙染物的被動採樣。該技術的特點是納米直徑的纖維具有大的比表面積，有較強的與目標物相互作用能力，對目標物的吸附容量高，達到作用平衡的時間也大大減少，可以高效、快速的對水中汙染物進行採集和預處理，對環境中的汙染物進行時間累加性的採集，洗脫後可以用各種儀器分析方法定量分析。
文檔編號G01N1/34GK1928527SQ20061004155
公開日2007年3月14日 申請日期2006年9月15日 優先權日2006年9月15日
發明者顧忠澤, 康學軍, 戚東進, 張逸昀 申請人:東南大學