[發明專利]羧酸根功能化磁性碳基材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110757705.8
• 申請日: 2021-07-05
• 公開（公告）號: CN113578262B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 余筱筱;高軍;吳一微;黃小斌
• 申請（專利權）人: 優彩科技（湖北）有限公司;湖北師范大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;G01N21/31;G01N1/34;C02F101/20
• 代理公司: 武漢藍寶石專利代理事務所(特殊普通合伙) 42242
• 代理人: 劉楨

本發明涉及分析化學領域，具體涉及一種羧酸根功能化磁性碳基材料及其制備方法和應用。本發明通過簡單的一步高溫碳化，首次將廢棄碳粉衍生為羧酸根功能化磁性碳基材料，并建立磁固相萃取(MSPE)與石墨爐原子吸收光譜(GFAAS)聯用檢測環境水中Pb²⁺的分析方法，對于降低磁固相吸附劑的成本和減小廢棄碳粉的污染都具有明顯的現實意義，具有較大的推廣價值。

技術領域

本發明涉及分析化學領域，具體涉及一種羧酸根功能化磁性碳基材料及其制備方法和應用。

背景技術

鉛(Pb)是一種劇毒的重金屬污染物，隨著科技和人口的不斷增長，有害鉛不可避免地會進入到環境中，即使暴露在低濃度下，它也會在人體中長期積累，危害人體健康。然而，在實際環境水中直接定量Pb仍然存在很大的瓶頸，這主要是因為實際水樣復雜的基質往往會造成嚴重的基質效應，對測定的準確性產生不利影響。

石墨爐原子吸收光譜法(GFAAS)是一種強大的元素特異性技術，雖然其具有靈敏度高、樣品消耗量少且比電感耦合等離子體質譜法便宜的優點，但是其仍舊無法分析ng/L水平的超微量Pb元素。為了解決該問題，目前常會采用的方式是采用適當的樣品預濃縮處理方法與GFAAS檢測相結合。

磁固相萃取(MSPE)是一種基于液-固色譜理論，以磁性或可磁化的材料作為吸附劑的分散固相萃取儀技術。近年來，MSPE的應用發展非常迅速，在分子生物、環境檢測、材料化學、食品檢測等諸多領域都具有很大的應用前景。與其他樣品預濃縮處理技術相比，磁固相萃取(MSPE)在外磁場分離操作簡便方面具有突出的優勢，在大體積環境水的痕量分析中具有良好的應用潛力。

磁固相萃取(MSPE)技術中的吸附劑對于檢測的靈敏度等方面起著至關重要的作用，但是現有的吸附劑往往存在著價格較高等問題，導致檢測成本較高。

發明內容

基于此，本發明的目的之一在于提供一種羧酸根功能化磁性碳基材料的制備方法，其不同之處在于，采用含有聚丙烯酸脂-苯乙烯共聚物的廢碳粉經過惰性氣體環境下碳化制備得到。

本發明所用的廢棄碳粉為碳黑、磁粉、樹脂等混合制備數碼復印用碳粉后的廢棄碳粉，其中含有聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物、Fe₃O₄、多羥基芳香酸及其衍生物、聚乙烯/聚丙烯蠟、SiO₂等成分。發明人在研究中發現，當將其進行碳化處理后，廢棄碳粉能夠生成能絡合Pb²⁺的羧酸根，同時其分散性和磁性都會有很大的改善。進一步研究發現，羧酸根的產生可能是由于廢棄碳粉中的樹脂(主要是聚丙烯酸酯-苯乙烯共聚物)發生熱解生成。

本發明以廢棄碳粉為原料進行制備，具有環保、廉價等優點，對于降低磁固相吸附劑的成本和減少廢棄碳粉的污染方面具有明顯的現實意義，具有較大的推廣價值。

具體地，所述碳化的溫度≥300℃。發明人研究發現，當碳化溫度高于300℃時，制備得到的羧酸根功能化磁性碳基材料對Pb²⁺均具有吸附性能，并且隨著溫度的升高，可以完全吸附Pb²⁺的pH范圍更寬，也即應用范圍更廣；但是進一步研究表明，不煅燒和煅燒溫度不合適時，材料在溶液中的分散性能會較差，直接影響吸附效率。發明人經過大量的研究最終確定了最佳的煅燒溫度為500～800℃，其中，500℃條件下最佳。

作為本發明一種優選地實施方式，所述制備方法包括以下步驟：以廢碳粉為原料在石英管式爐中通氮氣0.5～1.5h，同時以5～10℃/min的速率升溫至 450～550℃并維持0.5～1.5h，即得。

作為本發明一種優選地實施方式，所述制備方法包括以下步驟：以廢碳粉為原料在石英管式爐中通氮氣1h，同時以10℃/min的速率升溫至500℃并維持1h，即得。

本發明的目的之二在于提供采用上述方法制備得到的羧酸根功能化磁性碳基材料及其在水中痕量Pb離子檢測中的應用。