[发明专利]获得有机化合物在碳纳米管上保留的热力学参数和吸附等温线的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过测定不同温度下有机化合物在碳纳米管色谱柱上的保留时间来获得保留热力学参数和吸附等温线的方法，属于环境污染控制技术领域。

背景技术

碳纳米管自1991年首次发现以来，由于其独特的力学、电学、光学和热力学等方面的特性而受到广泛的关注。碳纳米管的基本结构是由石墨烯片(石墨六角网平面)卷成无缝筒状而形成无缺陷的管状物质。碳纳米管具有优良的吸附性能，作为吸附材料，在环境领域可以应用于环境污染控制、污染的原位修复和样品分析，碳纳米管作为吸附剂能够快速高效去除水中金属离子、有机污染物和生物杂质等，碳纳米管作为新型吸附填料广泛应用于固相萃取柱、气相/液相色谱柱。因此，碳纳米管对有机化合物吸附的快速测定，有助于碳纳米管作为吸附剂在污水处理和化学分析领域的应用。

保留热力学参数、饱和吸附量和吸附平衡常数是评价吸附性能的重要参数(Journal ofcolloid and interface science.2011,360:760~767)。在污染控制和化学分析技术领域这些参数可以评价吸附剂的吸附性能和应用范围等信息(Journal of chromatographyA.2007,1145:133~140)。文献“Journal of colloid and interface science.2009,330:1~8”,采用批量平衡法测定吸附数据，拟合1,3-二硝基苯、硝基甲苯、硝基苯酚和硝基苯在多壁碳纳米管上的Langmuir和Freundlich吸附等温线，同时计算自由能变ΔG、焓变ΔH、熵变ΔS等热力学参数，从而表征了多壁碳纳米管对硝基芳香化合物的吸附性能。批量平衡法是一种测定吸附性能的方法，但是存在固液分离困难、步骤繁琐、费时费力等缺点。现有化学品的种类繁多，碳纳米管对不同种类有机化合物的吸附性能难以一一进行测定，制约了碳纳米管在污染控制和化学分析领域的应用。

通过测定色谱保留因子，获得热力学参数和吸附等温线的方法简单易行。文献“Journal of chromatographyA.2007,1145:133~140”采用van’t Hoff方程，计算了一系列多环芳烃PAHs在苯基类反相固定相(C18,C18Aqua,Propyl-phenyl,Synergi polar-RP)上保留的热力学参数，比较了多环芳烃在不同反相固定相上的保留行为。文献“Journal ofchromatographyA.2005,1099:1~42”指出利用色谱法可以准确获得单一物质的吸附等温线，包括：迎头分析法Frontal Analysis、毛细管电泳迎头分析法Capillary Electrophoresis Frontal Analysis、脉冲法Pulse Methods、特征点洗脱法Elution by Characteristic Points。在色谱分析领域，色谱法获得的吸附等温线可用于预测过载谱图，评价色谱柱固定相的表面性能(Journal of chromatographyA.2002,978:81~107)，在药物分析领域，迎头分析法常用于测定药物-血浆蛋白的结合能力(Electrophoresis.2008,29:2876~2883)，其中，迎头分析法具有对检测器灵敏度和色谱柱效的要求低的优点，是广泛用于测定单一物质吸附等温线的色谱方法。目前，尚无基于碳纳米管色谱柱，采用van’t Hoff方程和液相色谱迎头分析法测定碳纳米管吸附性能的报导。因此，基于色谱法建立一种快速、高效获得多种有机化合物在碳纳米管上保留的热力学参数和吸附等温线的方法，具有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种快速获得有机化合物在碳纳米管上保留的热力学参数和吸附等温线的方法。该方法具有准确、快速、试剂用量少、无污染、易于固液分离的优点，对评价碳纳米管吸附性能具有重要参考价值，对于碳纳米管作为吸附材料在水体污染治理、样品前处理和分析测试等领域的应用具有重要意义。

本发明的技术方案如下：

第一步：制备碳纳米管液相色谱柱，选取4.6×50mm不锈钢柱色谱柱，碳纳米管的填充量控制在250mg左右，过量的碳纳米管会导致柱压过高和吸附-解吸时间过长，影响分离效果。具体制备方法如下：

(1)装柱：采用高压匀浆法填装，首先对不锈钢色谱柱进行试漏与清洗；卸下已清洗干燥的空色谱柱入口的柱头，将色谱柱接到与匀浆罐相连的预柱上；保持柱管处于垂直方向上，保证密闭性能良好，避免高压下柱接头脱落。