[发明专利]一种巯基功能化碳纳米管及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于化工分离和化工检测技术领域，具体涉及到一种巯基功能化碳纳米管的制备方法和应用。

背景技术

汞及其化合物对环境质量以及人体健康有着显著的影响。即使是微量的摄入也可导致人体的急性或慢性损伤，其毒性作用包括对人体的脑、肾、肺的损伤。此外，由于汞与硒（一种重要的营养元素组成25种不同的含硒酶）反应的高度活泼，汞中毒还可导致包括肢痛症、亨特-罗素综合征、和水俣病在内的几种疾病。因此，由于其实际应用性，在无害的水平上，对于汞检测的新方法的探究成为了现今最具有吸引力的课题之一。传统上，汞离子是使用光谱方法测定的，如原子吸收光谱法、原子荧光分光光度法、电感耦合等离子体原子发射光谱法、电感耦合等离子质谱法等。遗憾的是，这些方法往往需要昂贵的仪器，高标准的实验室配置以及高运行成本，并且不适合原位分析。出于这些方面的考虑，发展一套高效的且灵敏可靠且经济的感测系统的必要性日益增加。电化学方法，特别是溶出伏安法，由于其具有小型化、低成本、高灵敏度以及省时的优势，从长远看来，溶出伏安法将是汞测定的一个理想替代选择。诸多固体电极，如金电极，铂电极，石墨电极和玻碳电极都已被应用于溶出伏安法测定汞。在这些电极中，金电极因其与汞的高亲和力（可提高富集效果）成为了优异的工作电极基材。然而现在存在的两个问题是：（1）在裸型金电极的应用中，汞与金会形成不需要的金汞合金，而金汞合金会毁坏金电极的表面特征。（2）金基电极往往会受到一些表面活性化合物以及金属离子的干扰影响。一种克服此些障碍的有效方法是电极表面修饰。电极表面修饰可有效地保护电极表面免受干扰因素影响。有机分子，聚合物和碳材料，特别是碳纳米管和石墨烯已成功地应用于裸金电极的修饰。

国内外对碳纳米管的功能化研究也取得了相当不错的成绩。Jiali Wei等首先用4,4'-二氨基二苯二硫醚制备出二苯二硫醚聚合物层修饰的碳纳米管，然后用硼氢化钠还原得到巯基功能化碳纳米管，通过两步制备出了巯基功能化碳纳米管，用于汞离子的检测，但是此方法步骤繁琐、经济效益不高、产率较低（Jiali Wei, Duangguang Yang, Hongbiao Chen, Yong Gao, Huaming Li. Stripping voltammetric determination of mercury (II) based on SWCNT-PhSH modified gold electrode. Sensors and Actuators B: Chemical. 2014, 190: 968-974.）。目前作为汞离子吸附剂的材料也比较多，黄海兰等制备的巯基树脂，其汞离子吸附量为1166 mg/g（黄海兰，曲荣君. 巯基树脂对重金属离子的吸附性能. 离子交换与吸附，2004，20(2): 113-118.）。Merrifield等制备的巯基接枝壳聚糖汞离子的吸附量为1600 mg/g （John D Merrifield, William G Davids, Jean D MacRae, Aria Amirbahman. Uptake of mercury by thiol-grafted chitosan gel beads. 2004, Water Research, 38 (13): 3132-3138.）。

 

发明内容

本发明的目的是提供一种巯基功能化碳纳米管的制备方法，使用一步法实现了碳纳米管的功能化，成功的将巯基接在了碳纳米管的表面，该方法操作简单、反应时间短、接枝率高。制备的巯基功能化碳纳米管能有效的吸附溶液中的汞离子，可用作汞离子的吸附剂，用巯基功能化碳纳米管修饰金电极可有效的检测水溶液中汞离子的含量，可用作检测汞离子含量的电化学传感器。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种巯基功能化碳纳米管的制备方法，采用一步法，其具体步骤如下：

一种巯基功能化碳纳米管的制备方法，其特征在于，采用一步法，其具体步骤如下：

1）干燥：将碳纳米管在70℃下干燥24 h，以除去表面的杂质；

2）溶解：将4-氨基苯硫酚加入到容器中，加入1 N，HC1溶液，在搅拌的条件下缓慢加热到53℃，使4-氨基苯硫酚全部溶解；

3）分散：将碳纳米管与十二烷基硫酸钠溶于去离子水中，用超声波仪超声45 min使碳纳米管分散开来；

4）混液：将亚硝酸钠溶于去离子水中，将溶液在持续搅拌的条件下加入到步骤2）中装有4-氨基苯硫酚的容器中，将步骤3）中分散好的碳纳米管悬浮液加入到该容器中，得到混液；