[发明专利]基于MOF的羟基化磁性氮掺杂碳纳米管的制备及其用于茶叶中生长素含量的检测

说明书

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种基于MOF的羟基化磁性氮掺杂碳纳米管的制备方法及其应用。将MOF在管式炉中直接煅烧而成的，后利用化学手段对该材料进行羟基化修饰，从而制备出羟基化磁性氮掺杂碳纳米管材料。本发明制备工艺简单，所得的羟基化磁性氮掺杂碳纳米材料在已有的强酸碱条件下依旧保持结构稳定、较高磁性以及比表面积大的基础上，增加了水分散性。同时大量未配位的羟基基团使得材料对含羧基的目标物有更好的选择性，将其用于受土壤中重金属胁迫下茶叶中生长素含量变化的监控，有助于对植物在土壤受重金属胁迫下的生长机制的解析和了解。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种基于MOF的羟基化磁性氮掺杂碳纳米管的制备方法及其应用。

背景技术

生长素是最早被发现的植物激素，在植物细胞、组织和器官的分化、生长及植物与环境间的信息交流中发挥着重要的调控作用。生长素的基本作用是调控细胞生长和分裂，通过在植物体内的不对称分布，实现广泛的生理作用，如调控器官形成、茎的伸长、主根延伸和侧根发生、花和果实发育以及响应环境刺激。外界环境信号（金属胁迫）和植物内源信号通过调控生长素的原位合成、代谢以及极性运输，导致组织细胞间生长素浓度的改变，实现调控作用。因此，研究其因极性运输方式产生的浓度梯度分布对其功能的发挥有着重要作用，也可以合理调节施肥种类、时间等条件来促进植物健康快速生长。

植物生长激素在植物中含量极低且所处的成分背景非常复杂，而固相萃取 (SPE)是生长素分离富集的常用前处理方法，它产生于 20 世纪 70 年代中期，是目前用于样品提纯、分析物浓缩富集最为广泛的基于固相吸附剂的方法。SPE 具有操作简便、溶剂消耗少等优点，但是其也有萃取小柱容易堵塞、操作过程耗时较长等缺点。为了克服这些缺点，又衍生出了一些固相萃取新技术新方法。磁性化的固相吸附剂（MSPE）法，是通过永磁铁产生的外加磁场的帮助，使得磁性化的固相吸附剂与样品溶液的得以分离。由于这种分离方法快速、简单，所以近年受到关注。

羟基化碳纳米管是增强碳纳米管材料亲水性的方法之一。羟基作为有较强氢键作用的官能团，在溶液中有很好的亲水性，在碳纳米管上引入羟基，有利于提高碳纳米管的亲水性能，使其在水中有良好的分散性，为检验植物中痕量生长素提供便利。并且羟基与生长素结构中的羧基存在静电作用，羟基化的碳纳米管材料与生长素能更好地结合，具有一定选择性。因此，羟基化的碳纳米管材料相比于原有的材料，能更好地测定植物中生长素的含量。

磁性氮掺杂碳纳米管作为吸附材料，具有比表面积较大，环境稳定性好，容易制备且易富集分离的特点，但磁性氮掺杂碳纳米管材料存在亲水能力差，在水中不易分散、易沉降。

发明内容

本发明提供了一种基于MOF的羟基化磁性氮掺杂碳纳米管的制备方法及其应用，通过化学手段使材料表面产生亲水性基团羟基，从而在整体上提高材料在水溶液中的分散能力，延长其在水中沉降的时间，克服现有技术中存在的缺陷。在已有的通过煅烧法制备的磁性氮掺杂碳纳米管的制备基础上，羟基化得到亲水性更优的碳纳米吸附材料，将其用于受土壤中重金属胁迫下茶叶中生长素含量变化的监控，有助于对植物在土壤受重金属胁迫下的生长机制的解析和了解。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于MOF的羟基化磁性氮掺杂碳纳米管的制备，其是在将MOF在管式炉中直接煅烧而成的，后利用化学手段对该材料进行羟基化修饰，从而制备出羟基化磁性氮掺杂碳纳米管材料。具体为由易于制备的MOF(ZIF-67)煅烧而成，在氢气还原下，磁性Co原子暴露在表面，使材料具有较强磁性；在保留MOF相貌的同时，其表面生成了含有大量游离N元素的碳纳米管。并且以磁性氮掺杂碳纳米管为基础，进一步进行亲水性修饰，在其表面引入羟基，通过羟基与水分子的氢键作用，增强其在水中的分散性。同时大量未配位的羟基与生长素中的羧基具有很强的亲和性和静电吸引作用，可以大大提高吸附选择性。

进一步地，其包括如下步骤：

1）磁性氮掺杂碳纳米管材料的制备