[發明專利]一種測定揮發性有機化合物在碳納米管顆粒上吸附強度的方法

有效

• 申請號: 201110324352.9
• 申請日: 2011-10-24
• 公開（公告）號: CN102507768A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 李雪花;周藝蓉;陳景文
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N30/02
• 分類號: G01N30/02;G01N30/60
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明涉及一種基于色譜理論測定環境溫度下揮發性有機化合物在納米顆粒上的吸附強度的方法，屬于環境污染控制技術領域。

背景技術

碳納米管具有良好的力學、電學、熱學以及光學特性，在復合材料、催化劑載體、光學器件、量子計算機和生物醫學等領域已經獲得廣泛應用。隨著碳納米管使用量的劇增，它將不可避免的釋放到環境介質中，并與環境中的污染物發生吸附相互作用，改變污染物和其自身的環境歸趨和毒理效應。碳納米管作為一種新型的吸附劑，在環境領域主要應用于污染控制和樣品分析。例如在大氣污染控制中作為吸附劑及催化載體使用，環境樣品前處理過程中作為固相萃取(SPE)柱的填充材料以及作為氣相色譜柱的填充材料而使用。因此，快速測定不同種類揮發性有機化合物在碳納米管顆粒上的吸附性能，可以為碳納米管及揮發性有機化合物的環境歸趨評價提供基礎數據，同時對碳納米管作為吸附劑的工程應用也具有重要意義。

亨利常數(K_H)是描述吸附性能的一個重要參數(J.Phys.Chem.B.2001，105：1823～1828)，可用于表征吸附質在固體材料上的吸附強度。文獻“Langmuir.2010，26：15625～15633.”基于色譜理論測定了有機化合物在固定相(Zeolitic?Imidazolate?Framework)的保留時間，進而通過保留體積計算相應溫度下的K_H，其中色譜保留間是在無限稀釋的條件下獲得的，符合亨利定律。文獻“J.Chem.Eng.Data.2010，55：2840～2847.”，采用容量法(volumetric?method)，通過擬合甲烷在兩種活性炭材料上Langmuir或Toth方程的吸附等溫線，獲得等量吸附熱、平衡常數和飽和吸附量等吸附參數從而計算無限低壓下的K_H。容量法適合于很難直接測定的無限低壓下的K_H，但是該方法首先要擬合吸附等溫線，并且需要特定的儀器設備，費時費力。基于色譜理論測定保留體積獲得K_H的方法簡單易行，文獻“J?Colloid.Interf.Sci.2007，305：7-16.”使用該方法測定了五種烷烴、苯、氯仿、三氯乙烯和四氯乙烯在碳納米顆粒物上的K_H，涉及的化合物種類較少，并且沒有建立K_H的溫度依附性關系，難以獲得其他溫度下不同類型有機化合物在他納米顆粒物上的K_H，因此需要發展一種快速獲得不同溫度(特別是低溫)下有機化合物在碳納米顆粒物上K_H的方法。

碳納米管顆粒的種類繁多，揮發性有機化合物種類也是成千上萬，對這些一一進行吸附等溫線的擬合，耗時長，成本高。因此，需要發展一種快速，有效的方法測定不同種類的有機化合物在碳納米管顆粒上的K_H。此外，K_H具有較強的溫度依附性，需要建立K_H與溫度的關系式，這對于環境溫度下的碳納米管顆粒對大氣中的揮發性有機化合物的吸附強度的預測具有重要意義。

發明內容

本發明發展一種快速測定環境溫度下揮發性有機化合物在納米顆粒上的吸附強度的方法。該方法具有快速、準確、試劑用量少、無污染的優點，對評價新興污染物的環境歸趨具有重要參考價值同時對于碳納米管作為吸附劑的工程應用也具有重要意義。

本發明的技術方案如下：

第一步：制備碳納米管顆粒填充柱：碳納米管的填充量控制在100mg左右，過量的碳納米管會導致吸附解吸時間太長，影響柱效。具體制備方法如下：

(1)裝柱：首先對不銹鋼管進行試漏與清洗，然后采用真空泵抽氣的方法裝填；裝柱時先將柱的一端接真空泵，可以用玻璃棉、紗布、玻璃過濾球等作為過濾材料；從柱的另一端將碳納米管從漏斗加進柱內，可以選取純度95％、外徑3～10nm、長度5～20nm的多壁碳納米管。填充過程可以用過渡接頭與漏斗連接，填充過程中可以輕敲柱的各個部位，使填料在柱內盡量填充均勻。填充好后標記柱子的進口，并封口膜或其他密封材料封住兩端口，防止污染柱內填料；

(2)老化：在載氣保護下，采用程序升溫老化填充柱；

(3)熱穩定性檢驗：采用熱重分析(TGA)測試填充柱在室溫到400℃熱穩定性，升溫速率為10℃/min，以惰性氣體為保護氣，檢驗碳納米管填充柱的穩定性，用以保證后續色譜保留時間的測定在穩定填料體系中進行。結果表明在反復高溫處理后碳納米管顆粒的失重幾乎不變，熱穩定性良好。