[发明专利]一种三维介孔碳复合材料的制备及其作为固相微萃取纤维涂层材料的应用

说明书

技术领域

本发明属于新材料技术领域，涉及一种三维介孔碳复合材料的制备；本发明同时 还涉及以该三维介孔碳复合材料为涂层材料制备的固相微萃取纤维，主要用于富集分离环 境中溴代阻燃剂。

背景技术

固相微萃取(Solid-phaseMicroextraction,SPME)作为一种新型的萃取分离技 术，具有溶剂耗量少，高效，富集能力强，便于与仪器联用实现自动化在线分析等优点，使得 样品前处理的时间很大程度上被缩短，故其被广泛应用于环境监测，食品安全，医药和生物 等领域，成为痕量物质分离检测分析不可或缺的工具。

SPME技术的核心是SPME萃取纤维头，目前已存在的一些商品化萃取纤维，如PDMS、 PA等，大都采用石英丝为载体，高聚物为涂层，这使得此种纤维存在易碎、在有机溶剂中易 溶胀、涂层容易脱落和价格昂贵等一些缺陷。因此，制备一种机械强度好、萃取效率高、抗溶 剂性好且廉价的新型固相微萃取纤维势在必行。

随着社会的发展，溴代阻燃剂逐渐地被用于工业生产当中，在为推动经济发展做 出巨大贡献的同时，由于其在使用和废物处置的阶段会不同程度地释放到环境中，使得其 在环境和生物体内的含量迅速增多。研究表明，溴代阻燃剂能够对人类健康和环境造成持 久性的危害。由于目前关于检测和富集分离环境样品中溴代阻燃剂的研究报道很少，故建 立一种能够有效的富集分离环境中溴代阻燃剂的固相微萃取纤维涂层材料显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种三维介孔碳复合材料的制备方法；

本发明的另一方法是提供一种上述制备的三维介孔碳复合材料作为固相微萃取纤维 涂层材料的应用。

一、三维明介孔碳复合材料的制备

本发明三维介孔碳复合材料的制备，是以介孔硅为模板，蔗糖为碳源，乙醇为介质，在 加热条件下不断搅拌使介孔硅的空隙被蔗糖完全填满，冷冻干燥；然后在氮气保护下碳化， 用NaOH除去模板介孔硅，即得三维介孔碳复合材料。

具体制备工艺：将介孔硅粉末浸入浓度为35~45mg/mL蔗糖的乙醇溶液中，40~50℃ 下搅拌4~6h；重复上述过程至介孔硅的空隙被蔗糖完全填满，冷冻干燥后，在氮气保护下于 600~700℃碳化2~3h，最后用NaOH除去模板介孔硅，得到介孔碳复合材料。

NaOH的用量为介孔硅材料质量1~2倍。

二、固相微萃取纤维的制备

本发明制备的三维介孔碳复合材料作为涂层材料制备固相微萃取纤维，是以不锈钢金 属丝为纤维载体，环氧树脂胶为粘结剂，将三维介孔碳复合材料固定在不锈钢丝上而得。

具体制备工艺：将不锈钢丝分别在丙酮，超纯水中超声，干燥之后，将环氧树脂胶 均匀涂覆在不锈钢丝的一端头（环氧树脂胶涂覆不锈钢丝端头的范围为1.5~1.8cm），再将 其插入介孔碳材料粉末中并迅速拉出；重复该过程使介孔碳材料粉的厚度达到20~25μm； 然后在60~80℃下真空干燥，得到固相微萃取纤维。

三、三维介孔碳复合材料及固相微萃取纤维的结构表征

采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、氮气吸附脱附等现代仪器手段对介孔碳复合材 料的结构和微结构进行了表征和分析。采用扫描电镜对新型固相微萃取纤维的形貌进行了 表征。

图1为介孔碳复合材料的扫描电镜(a、b)和透射电镜(c、d)图。通过扫描电镜图和 透射电镜图可以看出，本发明制备的介孔碳复合材料具有蜂窝状的形貌和多孔结构，能够 作为一种很有潜力的吸附材料。

图2为介孔碳复合材料的X射线衍射图。从小角X射线衍射图可以看出，在0.8°附 近有很弱的衍射峰，表明其具有有序的介孔结构。广角X射线衍射图表明，介孔碳复合材料 具有无定型结构。

图3为介孔碳复合材料的氮气吸附脱附曲线。图3的结果表明，介孔碳复合材料具 有较大的比表面积(728.28m2g^-1)和孔容(0.96cm3g-1)，孔径约为48nm，进一步说明其具 有很好的吸附性能。

图4为固相微萃取纤维的扫描电镜图。由图4可以看出，纤维具有粗糙的表面和多 孔结构，涂层材料牢固的粘在不锈钢丝上，说明此纤维可以作为一种萃取性能优异的固相 微萃取纤维。

五、固相微萃取纤维萃取性能测试