獲得有機化合物在碳納米管上保留的熱力學參數和吸附等溫線的方法
2023-07-13 13:49:51 4
專利名稱：獲得有機化合物在碳納米管上保留的熱力學參數和吸附等溫線的方法
技術領域：
本發明涉及一種通過測定不同溫度下有機化合物在碳納米管色譜柱上的保留時間來獲得保留熱力學參數和吸附等溫線的方法，屬於環境汙染控制技術領域。
背景技術：
碳納米管自1991年首次發現以來，由於其獨特的力學、電學、光學和熱力學等方面的特性而受到廣泛的關注。碳納米管的基本結構是由石墨烯片(石墨六角網平面)捲成無縫筒狀而形成無缺陷的管狀物質。碳納米管具有優良的吸附性能，作為吸附材料，在環境領域可以應用於環境汙染控制、汙染的原位修復和樣品分析，碳納米管作為吸附劑能夠快速高效去除水中金屬離子、有機汙染物和生物雜質等，碳納米管作為新型吸附填料廣泛應用於固相萃取柱、氣相/液相色譜柱。因此，碳納米管對有機化合物吸附的快速測定，有助於碳納米管作為吸附劑在汙水處理和化學分析領域的應用。保留熱力學參數、飽和吸附量和吸附平衡常數是評價吸附性能的重要參數(Journal ofcolloid and interface science.2011，360:760 767)。在汙染控制和化學分析技術領域這些參數可以評價吸附劑的吸附性能和應用範圍等信息(Journal ofchromatographyA.2007，1145:133 140)ο 文獻「Journal of colloid and interfacescience.2009，330: f 8」，採用批量平衡法測定吸附數據，擬合1，3- 二硝基苯、硝基甲苯、硝基苯酹和硝基苯在多壁碳納米管上的Langmuir和Freundlich吸附等溫線，同時計算自由能變AG、焓變ΛΗ、熵變AS等熱力學參數，從而表徵了多壁碳納米管對硝基芳香化合物的吸附性能。批量平衡法是一種測定吸附性能的方法，但是存在固液分離困難、步驟繁瑣、費時費力等缺點。現有化學品的種類繁多，碳納米管對不同種類有機化合物的吸附性能難以一一進行測定，制約了碳納米管在汙染控制和化學分析領域的應用。通過測定色譜保留因子，獲得熱力學參數和吸附等溫線的方法簡單易行。文獻「Journal of chromatographyA.2007，1145:133 140，，米用 van，t Hoff 方程，計算了一系列多環芳經 PAHs 在苯基類反相固定相(C18, C18Aqua, Propyl-phenyl, Synergi polar-RP)上保留的熱力學參數，比較了多環芳烴在不同反相固定相上的保留行為。文獻「Journal ofchromatographyA.2005, 1099:1 42」指出利用色譜法可以準確獲得單一物質的吸附等溫線，包括:迎頭分析法Frontal Analysis、毛細管電泳迎頭分析法Capillary ElectrophoresisFrontal Analysis、脈衝法 Pulse Methods、特徵點洗脫法 Elution by CharacteristicPoints。在色譜分析領域，色譜法獲得的吸附等溫線可用於預測過載譜圖，評價色譜柱固定相的表面性能(Journal of chromatographyA.2002，978:81 107),在藥物分析領域,迎頭分析法常用於測定藥物-血漿蛋白的結合能力(Electrophoresis.2008, 29:2876 2883)，其中，迎頭分析法具有對檢測器靈敏度和色譜柱效的要求低的優點，是廣泛用於測定單一物質吸附等溫線的色譜方法。目前，尚無基於碳納米管色譜柱，採用van』 t Hoff方程和液相色譜迎頭分析法測定碳納米管吸附性能的報導。因此，基於色譜法建立一種快速、高效獲得多種有機化合物在碳納米管上保留的熱力學參數和吸附等溫線的方法，具有重要意義。
發明內容
本發明提供了一種快速獲得有機化合物在碳納米管上保留的熱力學參數和吸附等溫線的方法。該方法具有準確、快速、試劑用量少、無汙染、易於固液分離的優點，對評價碳納米管吸附性能具有重要參考價值，對於碳納米管作為吸附材料在水體汙染治理、樣品前處理和分析測試等領域的應用具有重要意義。本發明的技術方案如下:第一步:製備碳納米管液相色譜柱，選取4.6 X 50mm不鏽鋼柱色譜柱，碳納米管的填充量控制在250mg左右，過量的碳納米管會導致柱壓過高和吸附-解吸時間過長，影響分離效果。具體製備方法如下:(I)裝 柱:採用高壓勻漿法填裝，首先對不鏽鋼色譜柱進行試漏與清洗；卸下已清洗乾燥的空色譜柱入口的柱頭，將色譜柱接到與勻漿罐相連的預柱上；保持柱管處於垂直方向上，保證密閉性能良好，避免高壓下柱接頭脫落。(2)製備勻漿液:稱取250mg碳納米管於50ml的玻璃錐形瓶中，可以選取純度95%、外徑:TlOnm、長度5 20nm的碳納米管；以二甲基甲醯胺作為分散劑製備碳納米管勻漿液，置於超聲波水浴中超聲lOmin，得到充分分散的碳納米管勻漿液。(3)填充色譜柱:將壁碳納米管勻漿液迅速倒入勻漿罐中，然後用頂替液將勻漿罐填滿，使用氣動恆壓泵製備碳納米管液相色譜柱，直至流出的勻漿液超過80ml，關閉氣動恆壓泵，待勻漿罐自然降到常壓；卸下色譜柱，安裝篩板和色譜柱接頭，標記色譜柱進口方向；將色譜柱接入高效液相色譜，置換溶劑平衡色譜柱。第二步:將製備的碳納米管液相色譜填充柱接入高效液相色譜中，流速0.15ml/min，樣品濃度lg/L，進樣量I μ L，記錄檢測器信號，根據下述公式(I)，測定有機化合物在碳納米管液相色譜柱上的保留時間計算保留因子k』k' =(tE-t0)/t0 (I)其中k』是有機化合物在色譜柱上的保留因子；tK、t0分別是有機化合物的保留時間和死時間。根據van』 t Hoff方程(2)計算有機化合物在碳納米管液相色譜柱上的保留熱力
學參數
權利要求
1.一種獲得有機化合物在碳納米上的保留熱力學參數和吸附等溫線的方法，其特徵在於包括以下步驟: 第一步:製備碳納米管液相色譜柱，選取4.6 X 50mm色譜柱，採用高壓勻漿法裝填，碳納米管的填充量控制在250mg ;使用二甲基甲醯胺為溶劑製備碳納米管勻漿液，將勻漿液迅速倒入勻漿罐中，然後用頂替液將勻漿罐填滿，加蓋密封后立即打開氣動恆壓泵，填充色譜柱，卸下色譜柱，安裝篩板和色譜柱接頭，標記好色譜柱的進口 ；將色譜柱接上高效液相色譜，選取乙腈作為置換溶劑，以0.lml/min的流速平衡色譜柱；最後記錄測試樣品經重複進樣在色譜柱上保留的色譜峰，檢驗碳納米管柱分離性能的穩定性； 第二步:將上述製備的碳納米管液相色譜柱接入高效液相色譜，記錄液相色譜檢測器信號; 設置流動相的流速為0.15ml/min，進樣量I μ L，樣品濃度lg/L，測定不同溫度下有機化合物在碳納米管色譜柱中的色譜保留時間，計算保留因子k』 ；根據方程(I)和方程(2)，計算化合物在碳納米管色譜柱中的保留熱力學參數；
全文摘要
本發明公開了一種快速獲得有機化合物在碳納米管上保留的熱力學參數和吸附等溫線的方法。該方法以二甲基甲醯胺作為分散劑製備碳納米管勻漿液，使用氣動恆壓泵製備4.6×50mm的碳納米管色譜柱，填充量為250mg；通過測定不同溫度下有機化合物在碳納米管色譜柱上保留時間，計算有機化合物在碳納米管上的保留熱力學參數。測定不同濃度的有機化合物在碳納米管上的穿透曲線，擬合Linear和Freundlich吸附等溫線，計算Linear和Freundlich吸附平衡常數。基於色譜方法獲得碳納米管上的吸附等溫線和保留熱力學參數，操作簡單，易於固液分離，無需頻繁更換色譜柱，減少了材料和藥品的消耗。該方法對於評價碳納米管作為吸附材料在水體汙染治理、樣品前處理和分析測試等領域的應用潛力具有重要價值。
文檔編號G01N30/60GK103163237SQ20131004353
公開日2013年6月19日 申請日期2013年2月3日 優先權日2013年2月3日
發明者李雪花, 褚瑩倩, 陳景文 申請人:大連理工大學