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咪唑类离子液体键合硅胶萃取材料的制备及其对水环境中PAHs的分析应用研究

武朋飞  
【摘要】:随着我国工业化程度的飞速提高,水体中多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)的污染日益加剧。PAHs具有三致作用,对生态环境和人类健康危害巨大。因此,多环芳烃污染的防治与检测都是环保工作的重中之重。固载离子液体结合了离子液体和载体材料的双重优势,近年来在化工等领域应用广泛。本论文合成了3种烷基咪唑离子液体,通过直接反应法将离子液体修饰到硅胶颗粒表面,制备出3种新型功能化固相萃取材料,并将它们制备成固相萃取小柱,应用于环境水样中PAHs的萃取。具体研究内容如下:(1)结合传统的“一步合成法”和无水无氧技术,合成得到了具有硅烷氧基的离子液体1-十六烷基-3-三乙氧基丙基硅烷咪唑溴盐(1-hexadelyl-3-triethoxy propylsilyl-imidazoliumbromide,[HDTIm]Br)和1-十八烷基-3-三乙氧基丙基硅烷咪唑溴盐(1-octadecyl-3-triethoxypropylsilyl-imidazolium bromide,[ODTIm]Br),并利用阴离子交换反应进一步得到了离子液体1-十六烷基-3-三乙氧基丙基硅烷咪唑四氟硼酸盐(1-hexadecyl-3-triethoxy propylsilyl-imidazolium tetrafluoroborate,[HDTIm]BF4)。采用核磁共振、红外光谱和元素分析等技术对离子液体的结构进行表征,所得数据都表明成功合成了目标离子液体。(2)利用硅烷氧基的高反应活性,成功地将3种离子液体键合到硅胶颗粒表面,制备出3种新型的离子液体修饰硅胶材料:[HDTIm]Br-SiO2、[ODTIm]Br-SiO2和[HDTIm]BF4-SiO2。并对材料进行了红外光谱、热重、比表面积和扫描电镜等表征分析。谱图结果表明离子液体成功地键合于硅胶材料表面。(3)将3种离子液体修饰硅胶用作固相萃取材料制备成SPE小柱,以15种多环芳烃为研究对象,高效液相色谱-荧光技术联用,建立了 PAHs的SPE-HPLC-FLD分析方法。对固相萃取的洗脱剂种类,洗脱液用量,洗脱流速等条件进行优化。结果表明,除萘外,3种SPE材料对PHAs都有很好的富集效果,回收率能达60%-120%,总体来讲,富集过PAHs的材料[HDTIm]Br-SiO2,用乙腈洗脱效果比较好,对[ODTIm]Br-SiO2和[HDTIm]BF4-SiO2,洗脱剂用乙酸乙酯较好,而洗脱剂的最佳用量都为1OmL,洗脱流速为 1mL/min。(4)在最优条件下,考察了三种材料对新乡市西湖水和牧野湖水中PAHs的富集效果,检测到了低环数的多环芳烃,除萘外,其它PAHs都有满意的加标回收率,相对标准偏差小于10%。实验还对三种材料对PAHs的萃取吸附效果进行对比,得到对高环数的PAHs而言,碳链较长的[ODTIm]Br-SiO2的吸附性能较好,而对低环数的PAHs,[HDTIm]Br-SiO2 则表现出更好的吸附性。同时,[HDTIm]Br-SiO2 和[HDTIm]BF4-SiO2 的吸附性能相比,亲脂性更强的[HDTIm]BF4-SiO2对高环数的PAHs的吸附效果更好。


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