可用于吸附气态有机物的纳米纤维研制及应用

摘要

气态有机物与人类生活息息相关。例如，环境保护方面，空气中低浓度的挥发性有机物给人类健康带来严重威胁，需要即时检测和控制;再如，人体呼出气体中某些有机物成分的改变，也可以作为某些疾病的早期诊断与无创检测。但是气态目标物通常浓度极低，如正常人体呼吸中的挥发性有机物含量通常在μg/m3级别，并且与多种外源气体物质相混，干扰严重。因此必须浓缩净化处理后检测，才能达到仪器检测限要求。因此，研制出一种高效、快速的气态有机物的采样富集材料与装置就显得尤为重要。
　　 本文实验在以下四个方面进行了研究:1)研制出可用于吸附气态有机物的纳米纤维;2)利用静态吸附法考查纳米纤维的吸附脱附性能，并以此为依据推测纳米纤维的吸附机理;3)建立气相色谱分析方法，确定纳米纤维的动态吸附影响条件，并与其他一些吸附材料作对比，力求掌握纳米纤维新材料的吸附特性;4)考查纳米纤维净化处理复杂背景样品的能力，力图拓展纳米纤维的应用范围。论文主要工作如下:
　　 一、面向挥发性有机污染物吸附的纳米纤维研制
　　 以静电纺丝法分别纺制了三种不同材料组成的纳米纤维—聚苯乙烯纤维(PS，polystyrene)、丙烯酸树脂纤维(AR，acrylicresins)、聚苯乙烯-丙烯酸树脂复合纤维(PS-AR)。以气态硝基苯为目标分子，初步考察比较三种纤维对其吸附性能。结果表明，纤维的高分子材料成分对纤维的吸附性起决定性作用，三种纤维中聚苯乙烯-丙烯酸酯复合纤维对气态硝基苯有良好的吸附效果。
　　 二、纳米纤维对挥发性有机物的静态吸附性能及脱附方式研究
　　 采用静态吸附的模式，对已研制出的纳米纤维的吸附性能及脱附方式进行了研究。以硝基苯、苯、二氯甲烷、二氯苯为目标物，用Freundlich方程进行拟合，计算出四种物质的最大吸附量分别为:0.6μg/mg,254.3μg/mg、4.6μg/mg,2.2μg/mg;考查了常压脱附、减压脱附、吹气脱附、紫外照射脱附、加热脱附几种脱附方式，实验表明，加热是最为有效的脱附方式。
　　 三、纳米纤维对挥发性有机物的动态吸附性能研究
　　 研制出一种新型的气体采样装置，考查纳米纤维应用于这种装置的最佳条件，并与活性炭和碳纤维进行了比较实验。实验结果表明，在0.25mg/m3-40mg/m3的浓度范围内，活性炭对苯与二氯甲烷的吸附效果最好，吸附率可达99％，硝基苯的吸附率可达90％，但活性炭难于解吸附，作为分析前处理应用时，样品前处理繁琐;纳米纤维对苯与二氯甲烷的吸附效率不及活性炭但也大于70％，硝基苯的吸附率可达95％，且脱附容易，方便应用;碳纤维对于目标物吸附效果均不理想，二氯甲烷根本不吸附，苯的吸附率只有14％，硝基苯的吸附率只有68％。
　　 四、新型纳米纤维固相萃取柱制备及其用于组织样品中柔红霉素测定研究
　　 在这部分工作中，着重考察纳米纤维对液态复杂样品的处理能力，拓展纳米纤维使用范围。改进纳米纤维固相萃取柱外形，并将其用于大鼠心、肝、脾、肺、肾组织及血浆中柔红霉素的净化、浓缩处理，建立了生物样品中柔红霉素的高效液相荧光检测法。以10％(V/V)HClO4为溶剂，对组织样进行匀浆和离心处理，上清液用纳米纤维小柱净化富集，以50μL含1％(V/V)冰醋酸的甲醇洗脱，进样20μL检测。流动相为甲醇-水-冰醋酸(60∶40∶0.25，V/V，pH5.5)，流速为1.0mL/min。在5种组织中，方法的定量线性范围为:在大鼠个各种脏器组织中为0.02-20μg/g，在血浆中为0.01-1μg/mL。方法的回收率为82.7％-112.3％，日内RSD为2.0％-9.9％，日间RSD为5.2％-11.9％。本方法具有快速、灵敏等优点，可应用于动物的各脏器组织样中柔红霉素检测。

目录

声明

摘要

论文主要创新点

主要缩写词表

前言

第一章 面向挥发性有机物吸附的纳米纤维研制

1．1 引言

1．2 实验部分

1．2．1 试剂与仪器

1．2．2 实验材料制备

1．2．3．实验装置与实验方法

1．3 结果与讨论

1．3．1 纳米纤维表征

1．3．2 实验装置密闭性考察

1．3．3 纳米纤维对气态污染物吸附能力考查

1．3．4 吸附机理解释

第二章 PS-AR纳米纤维对苯、硝基苯、二氯苯、二氯甲烷静态吸附性能及脱附方式研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂与仪器

2．2．2 色谱条件

2．2．3 实验材料制备

2．2．4 实验装置与实验方法

2．2．5 实验结果

2．4 静态吸附容量考察

2．3 结论

第三章 PS-AR纳米纤维对苯的动态吸附性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂与仪器

3．2．2 色谱条件

3．2．3 实验材料制备

3．2．4 动态吸附实验

3．2．5 吸附率计算方式

3．3 结果与讨论

3．3．1 装置气密性检测

3．3．2 气体过柱速度选择

3．3．3 环境湿度对富集效率的影响

3．3．4 不同初始浓度对吸附效率的影响

3．3．5 纳米纤维重复利用情况考察

3．3．6 纳米纤维与采样装置可靠性验证

3．3．7 与碳纤维和活性炭比较

3．3 结论

第四章 新型纳米纤维固相萃取柱制备及其用于组织样品中柔红霉素测定研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 仪器与试剂

4．2．2 色谱条件

4．2．3 纳米纤维固相萃取柱制备方法

4．2．4 样品前处理

4．2．5 柔红霉素标准曲线制备

4．2．6 方法回收率的测定

4．2．7 精密度测定

4．3 结果与讨论

4．3．1 柔红霉素色谱行为

4．3．2 样品匀浆液选择

4．3．3 洗脱溶剂及用量选择

4．3．4 各生物样品标准曲线、线性范围及检出限测定

4．3．5 回收率与精密度

4．3．6 样品稳定性考察

4．3．7 实际样品测定

4．3．8 真实样品可能存在的代谢物

参考文献

综述 挥发性有机气体的采样与富集

致谢

作者简介