含钴氧化物电极材料合成及其对水中重金属污染物的检测研究

摘要

重金属是水体中常见的一类污染物，对生态系统及人体健康构成巨大威胁。因此，有必要研究开发一种对水中痕量重金属快速、准确、定量分析的方法。论文研究了特定的含钴氧化物功能材料的合成工艺，并将合成的材料修饰到玻碳电极的表面，用于定性、定量检测水中重金属离子；同时采用方波溶出伏安法(SWASV)考查了所研究材料对水中不同重金属离子的电化学响应。本文主要研究内容如下： (1)采用水热法合成了Co3O4，并通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对Co3O4的形貌和结构进行表征。结果表明，制备的Co3O4为5μm左右的微粒。用其修饰玻碳电极后通过方波溶出伏安法对Pb(II)进行选择性检测，在优化实验条件下，测得Pb(II)的浓度和峰电流值的线性回归方程为：I(μA)=7.31c(μmol/L)+1.30，r2=0.997；检测的灵敏度和检出限(Limit ofDetermination，LOD)分别为：7.31μA/μM和2.24μg/L(S/N=3)。溶液中存在Cd(II)和Hg(II)时对Pb(II)的检测结果没有影响。Co3O4修饰电极的稳定性良好，模拟废水加标回收实验的平均回收率为99.56%。 (2)用水热法合成ZnCo2O4，用XRD和SEM进行表征，ZnCo2O4是粒径约在15μm左右的不规则微粒。用其修饰玻碳电极，采用方波溶出伏安法对水中的Cu(II)进行选择性检测。结果表明：ZnCo2O4-GCE对Cu(II)具有良好的电化学响应，检测的灵敏度和检出限分别为：1.51μA/μM和1.84μg/L。ZnCo2O4修饰电极的稳定性良好；溶液中存在Cd(II)时，对Cu(II)的检测结果偏低，溶液中存在Zn(II)和Pb(II)时，对Cu(II)的检测结果没有影响。此外，模拟废水中Cu(II)的平均回收率为101.15%。 (3)用微波水热法合成NiCo2O4，对其进行XRD和SEM表征，结果表明：NiCo2O4是粒径在3μm~5μm左右的红毛丹状微球，微球表面有无数针状绒毛，这样的结构为吸附重金属离子提供了大量的吸附位点。NiCo2O4修饰电极用方波溶出伏安法同时检测Cd(II)、Pb(II)和Hg(II)表现出良好的电化学响应。Cd(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)的检出限分别为：8.23μg/L、5.78μg/L、4.61μg/L。NiCo2O4修饰电极同时检测Cd(II)、Pb(II)和Hg(II)时具有良好的稳定性，在模拟废水的加标回收实验中三种离子均具有较高的回收率。

目录

声明

1. 绪论

1.1 水环境中重金属污染现状及其检测

1.1.1 重金属污染现状

1.1.2 重金属检测方法

1.2 电化学检测的应用

1.2.1 电化学检测简介

1.2.2 化学修饰电极及电极材料的研究

1.3 本课题的目的和研究内容

1.3.1 本文的研究目的

1.3.2 本文的研究内容

2. Co3O4电极材料制备及其修饰电极对水中Pb(Ⅱ)的检测

2.1 Co3O4制备实验研究

2.1.1 主要化学试剂及规格

2.1.2 主要实验仪器

2.1.3 Co3O4的合成及表征

2.1.4 Co3O4修饰电极的制备及性能表征

2.1.5 Co3O4修饰电极电化学检测Pb(Ⅱ)

2.2 结果与讨论

2.2.1 Co3O4的形貌结构表征

2.2.2 Co3O4的合成机理分析

2.2.3 Co3O4修饰玻碳电极的电化学表征

2.2.4 电化学检测实验条件优化

2.2.5 方波溶出伏安法检测水中Pb(Ⅱ)

2.2.6 其他重金属离子对Pb(Ⅱ)检测的干扰实验

2.2.7 Co3O4修饰电极的稳定性研究

2.2.8 模拟废水的加标回收率检测

2.4 本章小结

3. ZnCo2O4电极材料制备及其修饰电极对水中Cu(Ⅱ)的检测

3.1 ZnCo2O4制备实验研究

3.1.1 主要化学试剂及规格

3.1.2 主要实验仪器

3.1.3 ZnCo2O4的合成及表征

3.1.4 ZnCo2O4修饰电极的制备及性能表征

3.1.5 ZnCo2O4修饰电极电化学检测Cu(Ⅱ)

3.2 结果与讨论

3.2.1 ZnCo2O4的形貌结构表征

3.2.2 ZnCo2O4修饰玻碳电极的电化学表征

3.2.3 电化学检测实验条件优化

3.2.4 方波伏安法检测水中Cu(Ⅱ)

3.2.5 其他重金属离子对Cu(Ⅱ)检测的干扰实验

3.2.6 ZnCo2O4修饰电极的稳定性研究

3.2.7 模拟废水的加标回收率检测

3.3 本章小结

4. NiCo2O4修饰电极同时检测水中Cd(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)

4.1 NiCo2O4制备实验研究

4.1.1 主要化学试剂及规格

4.1.2 主要实验仪器

4.1.3 NiCo2O4的合成及表征

4.1.4 NiCo2O4修饰电极的制备及性能表征

4.1.5 NiCo2O4修饰电极电化学检测

4.2 结果与讨论

4.2.1 NiCo2O4的形貌结构表征

4.2.2 NiCo2O4修饰玻碳电极的电化学表征

4.2.3 电化学检测实验条件优化

4.2.4方波伏安法检测水中Cd(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)

4.2.5 NiCo2O4修饰电极的稳定性研究

4.2.6 模拟废水的加标回收率检测

4.3本章小结

5. 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的科研成果

致谢