持久性有机污染物五氯苯酚的电化学传感技术研究

论文摘要

五氯苯酚作为一种持久性有机污染物具有环境持久性、高毒性、长距离迁移能力以及生物积累性等特点，对其在水环境中的灵敏检测已受到广泛关注。目前最为常用的方法为色谱技术，但因为仪器昂贵、操作要求高、需要经过预处理等特点很难实现普及和快速检测。而电化学检测方法具有结构简单、快速响应、具有较好的灵敏度、稳定性和重新性以及成本低廉等特点本文以不同的材料作为传感原件，对五氯苯酚的电化学传感技术进行了研究，主要工作如下：（1）在原碳纳米管的基础上利用乙二胺通过重氮反应制备出氨基功能化碳纳米管。由于碳纳米管表面的氨基与五氯苯酚酚羟基静电吸附富集的效果，氨基功能化碳纳米管对五氯苯酚具有较好的电催化氧化性能。以此修饰的玻碳电极应用于五氯苯酚的电化学检测，具有线性范围宽（0.2-20μM）、灵敏高（1.05μA/μM）、检测下限较低（0.01μM，S/N=3）、重现性好以及具有一定的抗干扰能力等特点。（2）通过水热合成方法，以醋酸镉为镉源、L-半胱氨酸为硫源成功制备了表面纳米针刺状硫化镉微球。通过差分脉冲伏安（DPV）方法研究了硫化镉微球修饰电极对五氯苯酚的电化学检测行为，发现这种具有特殊表面形貌、高比表面积的硫化镉微球修饰电极较普通的玻碳电极具有更好的催化氧化五氯苯酚的能力。该电极对五氯苯酚检测具有线性范围宽，灵敏度较高以及抗干扰能力好等特点。（3）采用溶胶-凝胶方法制备出了纯二氧化钛、二氧化钛-碳纳米管复合材料以及钨掺杂二氧化钛-碳纳米管复合材料。通过扫描电子显微镜（SEM）、X-射线衍射谱（XRD）、X-射线能量散射光谱（EDS）对催化材料的形貌、晶型以及元素组成进行了表征。采用DPV方法考察了三种材料的修饰电极对五氯苯酚的电化学氧化性能并应用于检测分析。研究表明钨掺杂二氧化钛-碳纳米管复合材料在五氯苯酚的电化学检测中较其他催化材料具有更好的性能。该电化学传感器线性范围为0.4-3.0μM，最低检测限为0.011μM，其灵敏度（1.853μA/μM）较二氧化钛-碳纳米管复合材料修饰电极（0.903μA/μM）以及纯二氧化钛修饰电极（0.106μA/μM）要高，并且具有良好的选择性、稳定性和抗干扰能力。（4）以谷氨酸作为单体，通过循环伏安方法在玻碳电极表面成功修饰聚谷氨酸，通过SEM观察其在电极表面的呈树枝状、颗粒状分布。采用DPV方法研究了该聚谷氨酸修饰玻碳电极对五氯苯酚的电催化氧化性能，并将其应用于五氯苯酚的电化学检测。该修饰电极对五氯苯酚检测具有较宽的线性范围（0.2-5.0μM），较高的灵敏度、良好的选择性和稳定性。由于聚谷氨酸具有良好的生物相容性和可降解性，预期基于聚谷氨酸修饰电极可以构建一种绿色环保的五氯苯酚电化学传感器。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 持久性有机污染物概述
• 1.1.1 持久性有机污染物定义及特性
• 1.1.2 持久性有机污染物的来源
• 1.2 五氯苯酚性质及危害
• 1.3 五氯苯酚分析检测技术研究进展
• 1.3.1 光学方法检测
• 1.3.2 色谱学方法检测
• 1.3.3 免疫学方法检测
• 1.3.4 电化学方法检测
• 1.4 纳米材料在传感中的应用
• 1.4.1 碳纳米管在传感中的应用
• 1.4.2 半导体材料在传感中的应用
• 1.5 聚合物修饰电极在传感中的应用
• 1.6 本课题选择的意义和内容
• 第2章 基于氨基化碳纳米管的五氯苯酚电化学传感技术
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验药品
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 实验所需溶液
• 2.2.4 氨基功能化碳纳米管的制备
• 2.2.5 工作电极的制备
• 2.2.6 氨基功能化碳纳米管表征和电化学性能研究
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 氨基功能化碳纳米管表征
• 2-MWCNTs/GC 电极上的电化学行为研究'>2.3.2 五氯苯酚在 NH₂-MWCNTs/GC 电极上的电化学行为研究
• 2-MWCNTs/GC 电极性能的影响'>2.3.3 pH 值对 NH₂-MWCNTs/GC 电极性能的影响
• 2.3.4 五氯苯酚的电化学检测
• 2-MWCNTs/GC 电极的抗干扰能力'>2.3.5 NH₂-MWCNTs/GC 电极的抗干扰能力
• 2.3.6 重现性，稳定性和实际样品分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于硫化镉微球修饰电极的五氯苯酚电化学传感技术
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验药品
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 实验所需溶液
• 3.2.4 CdS 微球的制备
• 3.2.5 工作电极的制备
• 3.2.6 CdS 的表征及对五氯苯酚的电催化氧化的研究
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 CdS 微球形貌表征和元素组成分析
• 3.3.2 CdS/GC 电极对五氯苯酚的催化氧化性能研究
• 3.3.3 pH 值对 CdS/GC 电极催化氧化五氯苯酚的影响
• 3.3.4 五氯苯酚的检测
• 3.3.5 CdS/GC 电极的抗干扰能力
• 3.3.6 重现性，稳定性和实际样品分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于钨掺杂二氧化钛-碳纳米管复合材料的五氯苯酚电化学传感器
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验药品
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 实验所需溶液
• 4.2.4 钨掺杂二氧化钛-碳纳米管复合材料的制备
• 4.2.5 工作电极的制备
• 4.2.6 催化剂的表征及五氯苯酚电催化氧化的研究
• 4.3 结果与讨论
• 2-CNTs 复合材料的表征'>4.3.1 W-TiO₂-CNTs 复合材料的表征
• 4.3.2 五氯苯酚的电催化氧化
• 2-CNTs/GC 电极性能的影响'>4.3.3 pH 值对 W-TiO₂-CNTs/GC 电极性能的影响
• 4.3.4 五氯苯酚的电化学检测
• 2-CNTs/GC 电极的抗干扰能力'>4.3.5 W-TiO₂-CNTs/GC 电极的抗干扰能力
• 4.3.6 重现性，稳定性和实际样品分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于聚谷氨酸修饰电极的五氯苯酚电化学传感分析
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验药品
• 5.2.2 实验仪器
• 5.2.3 实验所需溶液
• 5.2.4 工作电极的制备
• 5.2.6 修饰电极的表征及对五氯苯酚的电催化氧化的研究
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 聚谷氨修饰电极表征
• 5.3.2 PGA/GC 电极对五氯苯酚的催化氧化性能研究
• 5.3.3 pH 值对 PGA/GC 电极催化氧化五氯苯酚的影响
• 5.3.4 五氯苯酚的检测
• 5.3.5 PGA/GC 电极的抗干扰能力
• 5.3.6 实际样品分析和重现性
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 致谢