专利名称：基于功能纳米纤维的水中污染物富集萃取方法
技术领域：
本发明涉及一种基于功能纳米纤维的萃取方法，特别是涉及一种用于水中污染物富集的萃取技术。属于水中污染物富集萃取的技术领域。
背景技术：
由于全球化学品污染日趋严重，各种无机物、有机物的持久污染性对环境生态和人类健康的危害已经逐渐引起人们的注意，对这类污染物的检测已经成为环境检测部门的一项经常性工作。
目前针对水样中污染物的富集的方法主要有液液萃取、固相萃取和固相微萃取。液液萃取法一般具有萃取效率高、投资较小等特点，但液液萃取法仅适用于高浓度有毒有机废水的治理，且液液分离困难，萃取剂易流失而导致二次污染，能耗高，分析时间较长，回收率相对较低，这些缺点严重制约了液液萃取法的使用。
固相萃取(SPE)是一种有效的微量或痕量物质分离净化手段，成功的避免液-液萃取所代来的许多问题。与液液萃取相比，固相萃取更有效，容易达到定量萃取，快速和自动化，同时也减少了溶剂用量和工作时间，但是一般仍然需要蒸发干溶剂，以达到浓缩的目的。在固相萃取基础上发展起来的固相微萃取(SPME)因其萃取过程中不用或少用有机溶剂，不会造成二次污染而备受关注。该技术属非完全萃取，样品富集容量有限，对萃取的时间、温度，纤维涂层的位置等条件要严格的控制，但是这两种方法因其昂贵的造价，限制了其广泛的应用。
发明内容
技术问题本发明的目的在于克服已有技术的操作复杂、成本高、效率低等缺陷，从而采用功能纳米纤维萃取膜材料，利用纳米结构表面的强吸附能力，用各种功能基团修饰纳米纤维结构表面，使其对不同的污染物有选择吸附性，提供了一种操作简便、效率高、成本低廉的基于功能纳米纤维的水中污染物富集萃取方法。
技术方案本发明的基于功能纳米纤维的水中污染物富集萃取方法包括如下步骤1)根据待富集污染物的化学性质，通过添加与其相互作用的功能物质或进行表面处理，利用电纺技术制备功能性纳米纤维膜材料，将此功能性纳米纤维膜材料安装在特定的萃取装置上；2)将以上的功能性纳米纤维膜材料用适当溶剂活化处理后，将其置于待处理的水样中，借助富集装置上搅拌棒的搅拌作用，吸附周围水环境中的污染物，水体中的污染物富集到了功能性纳米纤维膜材料表面，该膜起到固相萃取的作用；3)将以上富集有污染物的功能性纳米纤维膜材料放入一圆锥形过滤管中，用酸、或碱、或有机溶剂，或酸、碱、有机溶剂的混合体，借助外界压力将污染物洗脱下来，所述的相互作用的功能物质，对金属污染物，为络合剂；对于酚类污染物，为含金属元素的物质；对于离子性化合物，为含反离子的化合物，对于大分子物质，为该分子的抗体。所述的溶剂为水及水为基质的酸或碱；或水和醇或酮混合溶剂；或醇、酮、酸、碱、醚有机溶剂。所述的功能性纳米纤维膜材料中的纤维直径为10-1000nm，纤维表面为平滑或多孔的。功能性纳米纤维材料为有机、或无机或有机与无机材料混杂的纳米纤维，以及上述几类纳米纤维为载体的特定官能团化学修饰的功能纳米纤维，或天然的聚合物。所述的功能性纳米纤维材料中，功能性纳米纤维的有机材料为聚氧乙烯、聚乙烯醇、聚萘二甲酸乙二酯、聚苯胺、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚醋酸乙烯及其衍生物中的一种；无机的纳米纤维的材料为二氧化硅、二氧化钛、碳中的一种；天然的聚合物为多糖、多肽、纤维素、聚乳酸、干酪素及其衍生物中的一种。所述的圆锥形过滤管体积为10μl-5ml。
有益效果与现有的各种萃取技术相比较，本发明提供的基于功能纳米纤维的水中污染物富集的萃取方法的优点在于1)由于纳米纤维的比表面积巨大，且修饰了特定的功能基团，有较强的与目标分子相互作用力。只使用微量的吸附剂，吸附萃取效率却可以大大提高；2)水中污染物由于相应分子在两个不同相之间的化学势能不同，从一个相转移到另外一个相的净流量在足够长的采样时间内可以达到一个平衡。无需其它的能量源。
3)膜萃取过程中，只要将功能膜材料安装入特定的配件中，放入水样中，启动搅拌即可，操作工艺和设备简单；4)将富集有污染物的功能膜放入一锥形管中，只需用很少体积的溶剂，借助外界压力即可将污染物洗脱下来；5)用于洗脱的锥形管不需滤板或滤片，依靠锥形萃取管的锥尖可支持团结起来的纤维，使用注射器加压，可快速进行样品的过柱、洗涤和洗脱，操作简便易行；6)与SPE相比，使用的溶剂少，基本可以省去有机溶剂挥干的过程，有效避免环境污染；与现有的SPME相比，萃取容量大，萃取平衡时间短(以苯为例，对微、纳摩尔浓度的样品，仅需15min左右)，不须苛刻地控制萃取和解析条件；7)本发明具有富集效率高，净化作用强，处理样品时间短，应用范围广等特点。
具体实施例方式
本发明提供一种基于功能纳米纤维的水样中污染物富集的萃取技术，包括如下步骤1)根据待富集污染物的化学性质，添加与其相互作用的功能物质，利用电纺技术制备功能性纳米纤维膜材料，将此膜安装在特定的萃取装置上。现以聚苯乙烯为例，简要叙述其制备步骤将聚苯乙烯(PS)溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和四氢呋喃(THF)混合液中制成PS溶液，进行电纺；纳米纤维直径为10-1000nm，纤维表面为平滑或多孔的；2)将步骤1)安装在萃取装置上的功能性纳米纤维膜材料用甲醇或乙醇及水依次浸洗活化处理后，将其置于待富集的水样中，借助富集装置上搅拌棒的搅拌作用(适当的旋转速度)，经过适当的时间，吸附周围水环境中的污染物。水体中的污染物富集到了功能性纳米纤维膜材料的纤维表面，完成萃取的作用；3)将步骤2)中富集有污染物的功能膜放入一锥形管中，按照5-20μl/每1mg纳米纤维的比例，用一定体积的溶剂，借助外界压力将污染物洗脱下来。
所述的相互作用的功能物质，对金属污染物，为络合剂；对于酚类污染物，为含金属元素的物质；对于离子性化合物，为含反离子的化合物；对于大分子物质，为该分子的抗体。所述的溶剂为水及水为基质的酸或碱；或水和醇或酮混合溶剂；或醇、酮、酸、碱、醚有机溶剂。功能性纳米纤维材料为有机、或无机或有机与无机材料混杂的纳米纤维，以及上述几类纳米纤维为载体的特定官能团化学修饰的功能纳米纤维，或天然的聚合物。所述的功能性纳米纤维材料中，功能性纳米纤维的有机材料为聚氧乙烯、聚乙烯醇、聚萘二甲酸乙二酯、聚苯胺、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚醋酸乙烯及其衍生物中的一种；无机的纳米纤维的材料为二氧化硅、二氧化钛、碳中的一种；天然的聚合物为多糖、多肽、纤维素、聚乳酸、干酪素及其衍生物中的一种。所述的圆锥形过滤管体积为10μl-5ml。
所述步骤2)水样中污染物为烷烃，烯烃、苯、取代苯，多环芳烃、醛、酮、酸、酯等有机物；金属离子、无机酸、碱等无机物，蛋白、多糖等大分子。
纳米直径的纤维具有大的比表面积，有较强的与目标物相互作用能力，对目标物的吸附容量高，达到作用平衡的时间也大大减少，可以高效、快速的对水中污染物进行采集和预处理，对环境中的污染物进行时间累加性的采集，洗脱后可以用各种仪器分析方法定量分析；该发明属于无溶剂萃取技术，处理过程中仅使用少量溶剂来洗脱，提高准确度，减少环境污染；此方法对持久性污染物富集倍数比较高，操作工艺和设备简单。
权利要求
1.一种基于功能纳米纤维的水中污染物富集萃取方法，其特征在于该方法包括如下步骤1)根据待富集污染物的化学性质，通过添加与其相互作用的功能物质或进行表面处理，利用电纺技术制备功能性纳米纤维膜材料，将此功能性纳米纤维膜材料安装在特定的萃取装置上；2)将以上的功能性纳米纤维膜材料用溶剂活化处理后，将其置于待处理的水样中，借助富集装置上搅拌棒的搅拌作用，吸附周围水环境中的污染物，水体中的污染物富集到了功能性纳米纤维膜材料表面，该膜起到固相萃取的作用；3)将以上富集有污染物的功能性纳米纤维膜材料放入一圆锥形过滤管中，用酸、或碱、或有机溶剂，或酸、碱、有机溶剂的混合体，借助外界压力将污染物洗脱下来。
2.根据权利要求1所述的用于基于功能纳米纤维的水中污染物富集萃取方法，其特征在于所述的相互作用的功能物质，对金属污染物，为络合剂；对于酚类污染物，为含金属元素的物质；对于离子性化合物，为含反离子的化合物，对于大分子物质，为该分子的抗体。
3.根据权利要求1所述的用于基于功能纳米纤维的水中污染物富集萃取方法，其特征在于所述的溶剂为水及水为基质的酸或碱；或水和醇或酮混合溶剂；或醇、酮、酸、碱、醚有机溶剂。
4.根据权利要求1所述的用于基于功能纳米纤维的水中污染物富集萃取方法，其特征在于所述的功能性纳米纤维膜材料中的纤维直径为10-1000nm，纤维表面为平滑或多孔的。
5.根据权利要求1所述的用于基于功能纳米纤维的水中污染物富集萃取方法，其特征在于功能性纳米纤维材料为有机、或无机或有机与无机材料混杂的纳米纤维，以及上述几类纳米纤维为载体的特定官能团化学修饰的功能纳米纤维，或天然的聚合物。
6.根据权利要求1或2或3所述的用于基于功能纳米纤维的水中污染物富集萃取方法，其特征在于所述的功能性纳米纤维材料中，功能性纳米纤维的有机材料为聚氧乙烯、聚乙烯醇、聚萘二甲酸乙二酯、聚苯胺、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚醋酸乙烯及其衍生物中的一种；无机的纳米纤维的材料为二氧化硅、二氧化钛、碳中的一种；天然的聚合物为多糖、多肽、纤维素、聚乳酸、干酪素及其衍生物中的一种。
7.根据权利要求1所述的用于基于功能纳米纤维的水中污染物富集萃取方法，其特征在于所述的圆锥形过滤管体积为10μl-5ml。
全文摘要
基于功能纳米纤维的水中污染物富集萃取方法，涉及一种用于水中污染物富集的萃取新技术——功能纳米纤维萃取技术。该方法采用电纺技术通过添加或不添加功能性物质，或采用纤维表面后处理的方法，制备功能纳米纤维，用纤维制成不同直径和厚度的膜，装配上适当的配件，适用于水样中的污染物的被动采样。该技术的特点是纳米直径的纤维具有大的比表面积，有较强的与目标物相互作用能力，对目标物的吸附容量高，达到作用平衡的时间也大大减少，可以高效、快速的对水中污染物进行采集和预处理，对环境中的污染物进行时间累加性的采集，洗脱后可以用各种仪器分析方法定量分析。
文档编号G01N1/34GK1928527SQ20061004155
公开日2007年3月14日 申请日期2006年9月15日 优先权日2006年9月15日
发明者顾忠泽, 康学军, 戚东进, 张逸昀 申请人:东南大学