【摘要】：重金屬和有機污染物在污染水體中很普遍,因重金屬和有機污染物尤其是難降解的持久性有機污染物具有富集和蓄積效應(yīng),即使?jié)舛群艿?也會給環(huán)境和人體帶來嚴(yán)重的危害,所以這些污染物需要嚴(yán)格監(jiān)控和及時控制。論文中,將一系列多孔碳復(fù)合材料用于電化學(xué)傳感器的構(gòu)建和污染物的去除。研究了該復(fù)合材料構(gòu)建重金屬、酚類電化學(xué)傳感器的原理和機制,同時研究了不同的環(huán)境條件如p H值、溫度、時間等對污染物檢測的影響,優(yōu)化了該復(fù)合材料構(gòu)建傳感器檢測污染物的最佳條件;此外,研究了該復(fù)合材料對酚類污染物的去除特性并探討其作用原理和機制,同時,通過研究不同的環(huán)境條件如p H值、溫度、時間等對復(fù)合材料去除污染物的影響,優(yōu)化該復(fù)合物去除污染物的最佳條件。最后,探討復(fù)合材料應(yīng)用于復(fù)雜環(huán)境的潛力,具體如下:介孔碳復(fù)合材料具有大的比表面積、良好的電子傳導(dǎo)能力和生物相容性,因此,構(gòu)建了一系列基于介孔碳復(fù)合材料的電化學(xué)傳感器用于酚類物質(zhì)的檢測,并結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN),用于復(fù)雜體系中定量檢測酚類污染物的數(shù)據(jù)分析。通過化學(xué)還原的方法合成有序介孔碳負(fù)載金納米粒子,并構(gòu)筑有序介孔碳載金/L-賴氨酸/納米金復(fù)合膜修飾的玻碳電極;研制了一種基于有序介孔碳載金/L-賴氨酸/納米金復(fù)合膜修飾電極的傳感器,并用于對苯二酚和鄰苯二酚的分析測定。在最優(yōu)的實驗條件下,該傳感器在對苯二酚和鄰苯二酚濃度為1×10-6-8×10-4mol/L的范圍內(nèi)與峰電流具有良好的線性關(guān)系,檢測下限分別為3×10-7 mol/L、7×10-7 mol/L。為了進(jìn)一步提高傳感器的專一性和靈敏度等性能,構(gòu)建了基于有序介孔碳負(fù)載金的酪氨酸酶生物傳感器,采用差分脈沖伏安法分析測定對苯二酚和鄰苯二酚,在最優(yōu)的實驗條件下,其檢測下限分別為5×10-8 mol/L和2.5×10-8mol/L;此外,還構(gòu)建了基于氮雜化介孔碳的酪氨酸酶生物傳感器,采用計時電流法檢測苯酚和鄰苯二酚,在最優(yōu)的實驗條件下,其檢測下限分別為10.24 n M和15.00 n M,抗干擾實驗表明兩種酪氨酸酶生物傳感器都具有很好的抗干擾能力;最后,結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(ANN),用于復(fù)雜體系中定量檢測酚類污染物的數(shù)據(jù)分析。構(gòu)建了基于有序介孔碳(OMC)負(fù)載金和DNAzyme的基因傳感器,采用電化學(xué)交流阻抗圖譜實現(xiàn)鉛離子的檢測。首先通過巰基與金納米粒子的作用將帶有巰基的捕獲探針連接到修飾電極,而后通過雜交互補配對將DNAzyme連接到修飾電極。當(dāng)有鉛離子存在時,互補配對的DNAzyme會發(fā)生斷裂,從而影響修飾電極極化電阻的大小。用[Fe(CN)6]3 /4 作為指示劑,用蘭德爾斯等效電路圖擬合電化學(xué)交流阻抗圖譜。該傳感器在鉛離子濃度為5×10 10-5×10 5 mol/L的范圍內(nèi)與極化電阻的變化值具有良好的線性關(guān)系,檢測下限達(dá)到2×10 10 mol/L,將該傳感器用于實際水樣中鉛離子的檢測,并將檢測結(jié)果與電感耦合等離子體質(zhì)譜儀進(jìn)行對比,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于3.42%;此外,還構(gòu)建了基于氮雜化介孔碳和DNA分子的基因傳感器,同樣采用電化學(xué)交流阻抗圖譜實現(xiàn)銀離子的檢測。運用銀離子特異性的與胞嘧啶(C)形成C Ag+ C結(jié)構(gòu),用[Fe(CN)6]3 /4 作為指示劑,用蘭德爾斯等效電路圖擬合電化學(xué)交流阻抗圖譜,該傳感器對銀離子的檢測下限為5×10 11 mol/L。將該傳感器用于實際水樣中銀離子的檢測,加標(biāo)回收率范圍為95.2%-105.8%。綜合以上結(jié)果表明,基于介孔碳復(fù)合材料和DNAzyme/DNA分子的基因傳感器作為一種簡單和可靠的分析方法具備分析實際環(huán)境樣品中重金屬的潛力。將鈀/鐵雙金屬(Pd/Fe)負(fù)載于磷雜化介孔碳上(P-OMC),并用于2,4-二氯酚(2,4-DCP)的去除。通過透射電鏡(TEM)圖、掃描電鏡/能量色散X射線譜分析圖(SEM/EDS)對復(fù)合材料進(jìn)行表征,結(jié)果表明鈀/鐵雙金屬的粒徑大約為15 nm,與有序介孔碳負(fù)載鈀/鐵雙金屬相比,其較均勻的分布在磷雜化介孔碳上,加氫脫氯假一級動力學(xué)擬合表明鈀含量增加對2,4-二氯酚的去除具有促進(jìn)作用,采用磷雜化介孔碳作為載體,可負(fù)載足夠多高活性和穩(wěn)定性的鈀/鐵雙金屬,研究了p H對2,4-DCP去除的影響,并分析其原因,研究了氯原子的個數(shù)和位置對加氫脫氯的影響,結(jié)果表明多的氯原子促進(jìn)脫氯作用,而且脫氯容易從對位開始。綜合以上結(jié)果表明磷雜化介孔碳是一種負(fù)載金屬催化劑的良好載體,并能夠有效的去除氯酚污染物。用木屑合成生物炭,而后合成生物炭負(fù)載納米零價鐵(n ZVI)的復(fù)合材料(n ZVI/biochar),并用于去除對硝基酚(PNP)。復(fù)合材料用掃描電鏡圖和X-射線衍射分析(XRD)進(jìn)行表征。研究了其去除機理,反應(yīng)的動力學(xué)和熱力學(xué)。熱力學(xué)分析表明該去除反應(yīng)是一個吸熱過程,且反應(yīng)需要的活化能為69.83k J/mol,抗氧化性能研究表明該復(fù)合材料一個月后還可以保持80%以上的去除率。綜合以上結(jié)果表明生物炭負(fù)載納米零價鐵的復(fù)合材料可以用于硝基酚類污染物的去除。本論文研究了多孔碳復(fù)合材料應(yīng)用于重金屬和酚類物質(zhì)的檢測和去除,有利于多孔碳復(fù)合材料在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展,并為實現(xiàn)快速、高效、經(jīng)濟(jì)的廢水重金屬和有毒有害有機物的分析測定和處理提供了理論依據(jù)及技術(shù)支持。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X52;X832
【圖文】：

圖 1. 1 基于 DNAzymes 和 DNA 對重金屬的檢測研究1.1 Researches on the quantification of heavy metal based on DNAzyDNA moleculesDNA 傳感器即以 DNA 或 DNA 酶（DNAzyme）作為傳感器件，利用 DNA 堿基互補配對原理以及其它特殊性質(zhì)來實現(xiàn)

硬模板法合成有序介孔碳材料的示意圖

圖 1. 3 基于多孔碳材料檢測、去除水中重金屬、酚類污染物研究技術(shù)路線圖Figure 1.3 The technical approach of the research on the quantification or removal of phenolcompound or heavy metals using porous carbon composite materials本文研究技術(shù)路線如圖 1.3 所示，圍繞這一技術(shù)路線，本文研究內(nèi)容主要

本文編號：2769010