[发明专利]多壁碳纳米管基质的固相萃取柱及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学分析测试仪器设备领域，涉及一种多壁碳纳米管(WCNTs)为基质的固相萃取柱(SPE)。

背景技术

固相萃取具有操作简单、方便、避免乳化现象、重复性好的特点和具有富集、提纯的功能，因此固相萃取技术在分析的前处理过程中被广泛使用。由于分析样品复杂多样，寻找高效、选择范围广的固相萃取填料仍是固相萃取研究的热点。

碳纳米管(carbon nanotube，CNT)是由碳六元环构成的类石墨平面卷曲而成的纳米级中空管，其中每个碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子发生完全键合，碳纳米管完全由表面碳原子组成，它们具有封闭的面状π电子系。碳原子在圆筒表面呈螺旋状，特殊情况下可呈扶手椅和锯齿形。单层和多层碳纳米管是根据碳管壁中碳原子层的数目而分的，各单层管的顶端有五边形或七边形参与封闭，MWNT的层间距一般为0.34nm。因合成条件的不同CNT的内径可控制在10nm左右，外径达几十个纳米，轴向长度却可达几十微米甚至更长，纵横比在100～1000范围间。碳纳米管具有准圆管结构的管身部分和包含五边形或七边形碳环的端帽部分组成的多壁、中空与螺旋的管状结构以及可能存在的缺陷等特点，使得碳纳米管具有一系列新异的物理化学特性。比表面积大，表面原子周围缺少相邻的原子，具有不饱和性，易与其它原子相结合而趋于稳定，具有很大的化学活性，因此对其他化合物具有很强的吸附能力和较大的吸附容量，是一种较为理想的吸附材料。

碳纳米管在储氢、储能、催化、吸附与分离等科技领域有现实或潜在的重要用途。另外，碳纳米管具有优异的综合力学性能(高弹性模量、高杨氏模量、低密度)、优异的电学性能、优异的吸附性能、优良的热力学性能，再加上可掺杂具有特殊结构的无机纳米颗粒，所以碳纳米管-聚合物纳米复合材料的力学、电学及热、光等性能将会有显著的提高，在微电子、电器、机械、交通运输、建筑材料、能源、国防、军工、航空航天、轻工、石化、环保、催化、生物医学、体育器械等领域将会有重要的应用。

自从1991年发现具有纳米尺寸的多壁碳纳米管(MWNTs)以来，碳纳米管独特的管状结构中存在的内外表面使其具有了较大的表面积，1995年Takaba等人用分子动态模拟的方法研究了苯、烷基苯和烷基萘在碳纳米管的吸附特性，表明碳纳米管有可能发展成为具有选择性吸附和选择性分离特性的吸附剂。随后的多项研究发现多壁碳纳米管具有或优于或相当于C18、C8及PS-DVB等萃取吸附剂的萃取能力。用碳纳米管作为固相萃取的吸附材料，进行分离富集的研究不多，主要集中在对环境水样中有机化合物的吸附研究。随着MWNTs生产的工业化，MWNTs的长度可以达到5～100μm，以及具有较大的表面积，并具有选择性吸附和选择性分离的特性，而且这种吸附往往是可逆的。鉴于以上原因，可以将MWNTs填装成SPE柱，并用于样品前处理净化分析，但市场上还没有商品化的MWNTs SPE柱，多数MWNTsSPE柱均是实验者靠手工填装，没有一定的标准。

原因是存在以下问题：

(1)碳纳米管承受机械强度的能力弱，因为多壁碳纳米管是由具有准圆管结构的管身部分和包含五边形或七边形碳环的端帽部分组成的多壁、中空与螺旋的管状结构，这种特殊的结构使得碳纳米管具有一系列新异的物理化学特性，包括比表面积大，表面原子周围缺少相邻的原子，具有不饱和性，易与其它原子相结合而趋于稳定，具有很大的化学活性，因此对其他化合物具有很强的吸附能力和较大的吸附容量。如果采用以往的匀浆高压添装方法，即控制压力，来保证填装好的SPE柱中填料的疏密程度，继而控制和保证流速。这种方法所使用的压力较大，会对多壁碳纳米管的长度和管状结构造成破坏，多壁碳纳米管的特性也会发生改变，同时由于添装好的固相萃取柱填料太紧密，导致流体通过能力差，流速过低，甚至在真空状态下也不能使溶剂通过。

(2)碳纳米管的用量与柱管体积的选择不当。

发明内容

本发明为了填补上述空白，提供一种多壁碳纳米管基质的固相萃取柱，它将作为新型的样品前处理材料，反相萃取非极性到中等极性的物质，甚至极性的某些物质，用于富集、净化水样或动物样品中目标物质。

一种多壁碳纳米管基质的固相萃取柱，其特征在于所述：固相萃取柱的基质为多壁碳纳米管，多壁碳纳米管的填装高度为0.8-1.1cm，填装量计算公式见(I)：

式中，a的取值范围为0.12～0.15g。

所用多壁碳纳米管的粒度为5μm～50μm。

所述固相萃取柱体积为1mL～6mL，填装高度为0.8～1.0cm。