一种实现二甲苯异构体基线分离的毛细管气相色谱柱及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种实现二甲苯异构体基线分离的毛细管气相色谱柱及其制备方法和应用。该毛细管气相色谱柱固定相为具有多级孔结构的纳米材料，纳米粒子均匀嵌入在毛细管柱内壁。通过将制备的纳米材料溶于有机溶剂中，以恒定的流速动态涂敷在毛细管色谱柱中，最后高温固化，即得所述毛细管色谱柱。该毛细管柱用于二甲苯异构体分离时间位/对位分离度高达15.2，同时，制得的毛细管气相色谱柱对其它苯取代异构体和烷烃异构体均可实现优异的分离效果，为此类同分异构体的高效分离提供了新的解决方案。解决方案。解决方案。

【技术实现步骤摘要】
一种实现二甲苯异构体基线分离的毛细管气相色谱柱及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于色谱分离
，具体涉及一种实现二甲苯异构体基线分离的毛细管气相色谱柱及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]二甲苯是重要的化工原料，是聚酯树脂、增塑剂等的制作原料，广泛用于有机溶剂和合成医药、涂料、树脂、炸药和农药等。同时，二甲苯也是环境污染物之一，其主要来源于有机合成、合成橡胶、油漆和染料、合成纤维、石油加工、制药、纤维素等生产工厂的废水废气，以及生产设备不密封和车间通风换气。属于低毒类化学物质，对人的造血系统和神经系统有严重毒害，较长时间大量吸入高浓度二甲苯蒸气可以引起急性中毒。工业生产中，在密闭型的贮罐糟内涂刷以二甲苯为溶剂的防腐涂料，因无良好通风，大量二甲苯蒸气积聚，可使作业工发生急性中毒。因此分离和鉴定这些结构异构体在工业和环境科学领域具有重要意义。
[0003]二甲苯异构体分别以邻位、间位、对位的形式存在，由于这些异构体的性质相近,沸点差值较小,用一般物理和化学方法很难加以分离和测定。毛细管柱气相色谱法(Gas Chromatography,GC)具有分离能力强、灵敏度和准确性高、环境友好等优点，是化学化工、石化、食品、医药、环境监测等领域复杂样品分析测定的重要方法之一。目前通用的商业化色谱柱如HP
‑
5,VF
‑
WAXMS均难以实现二甲苯异构体基线分离，使用诸如金属有机骨架MOFs、金属有机纳米片MONs和多孔有机笼等新型多孔材料也很难实现完全基线分离，异构体分离仍然是石化行业的一大挑战，因此迫切需要开发一种具有敏感纳米空间和选择性结合位点的多孔材料气相色谱柱以实现二甲苯异构体及同类同分异构体的基线分离。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种实现二甲苯异构体基线分离的毛细管气相色谱柱及其制备方法和应用，该色谱柱可实现目前三种二甲苯异构体和乙基苯混合物分离的最高分离度，间位/对位分离度高达15.2，同时对其他同类同分异构体材料也具有很好的分离性能。
[0005]技术方案：本专利技术所述的一种实现二甲苯异构体基线分离的毛细管气相色谱柱固定相为具有多级孔结构的八面体纳米材料，纳米粒子均匀嵌入在毛细管柱内壁，该材料结构中，含有由三氟乙酸作为调节剂产生的缺陷而形成的大小不一的孔。
[0006]本专利技术还提供了实现二甲苯异构体基线分离的毛细管柱的制备方法，将制备的纳米材料溶于有机溶剂中，以恒定的流速动态涂敷在毛细管色谱柱中，最后高温固化，即得所述毛细管色谱柱。
[0007]具体的，该制备方法包括以下步骤：
[0008](1)合成多级孔纳米材料作固定相：配制一定浓度的ZrCl4溶液，与对苯二甲酸溶
液混合，然后加入一定量的三氟乙酸混合均匀，在高温下反应得到白色的UiO
‑
66纳米材料，冷却后经过离心洗涤干燥，即可得到多级孔纳米材料；
[0009](2)制备内壁敷有多级孔材料的毛细管气相色谱柱：将步骤(1)得到的多级孔纳米材料超声分散在有机溶剂中，用注射泵将其匀速推入预处理过的毛细管色谱柱中动态涂敷在毛细管色谱柱内壁，然后将此毛细管柱在惰性氛围下，程序升温老化处理，冷却至室温后即得所述毛细管气相色谱柱，安装在气相色谱相中，对苯异构体进行灵敏检测或对苯异构体混合物进行高效分离。
[0010]其中，步骤(1)中所述四氯化锆溶液中四氯化锆的浓度为8mg/mL～11mg/mL，所述对苯二甲酸溶液的浓度为8mg/mL～11mg/mL。
[0011]步骤(2)中毛细管色谱柱的预处理包括以下步骤：用APTES对毛细管柱内壁进行硅烷化处理后在120℃下保持2
‑
5h。
[0012]所述动态涂敷时，注射速率为3mL/h～5mL/h。
[0013]所述惰性气氛下进行热处理时，所述惰性气氛为氮气、氦气或者氩气中的一种或者几种按任意比例混合而成的气氛。
[0014]步骤(2)中程序升温老化处理的具体方式为：在惰性气氛下，初始温度20
‑
50℃，以2℃/min～10℃/min的速率升温至250℃，保持2
‑
8h。
[0015]本专利技术最后还提供了毛细管气相色谱柱在分离其他同分异构体比如氯甲苯异构体、二氯苯异构体、己烷异构体、辛烷异构体或癸烷异构体中的应用。
[0016]将此毛细管色谱气相色谱柱接入气相色谱仪中，设置起始温度、升温速率、温度保留时间后，用微量进样器将微量的分离目标物由进样口注射进色谱柱中，点击开始测试数分钟后即可得相应分离物的色谱峰。
[0017]本专利技术气相色谱柱制备方法中，以ZrCl4为金属源，对苯二甲酸为有机配体，三氟乙酸作为调节剂，通过溶剂热法制备白色粉末状多级孔材料，将此材料以动态涂覆的方式填充在毛细管内壁作固定相。该材料形貌规整，均一，并均匀地嵌入在石英毛细管柱内壁。所述的固定相材料中含有丰富的孔道，可提供不同的吸附位点，所得到的毛细管柱具有较高的柱效及优异的循环稳定性能。
[0018]本专利技术所制备的多级孔材料作固定相的气相色谱柱，具有以下几种优势：
①
实现了目前三种二甲苯异构体和乙基苯混合物的最高分离度，间位/对位分离度高达15.2；
②
用作固定相的材料具有较好的稳定性，在酸、碱、水环境下结构不会破坏，且耐高温；
③
材料具有孔径尺寸不一的孔道，这些孔道结构有助于分离目标物的传输与扩散，同时可以对不同尺寸和性质的目标物提供相应的孔道及作用力，进而实现对混合物的分离；
④
用作固定相的材料颗粒具有较大的比表面积，有利于吸附目标物；固定相材料尺寸小且均一，提高了毛线管内填料的细密度，极大提升了柱效；
⑤
制得的毛细管色谱柱具有极高的稳定性和重复性。
[0019]有益效果：与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下显著优点：本专利技术制备的毛细管气相色谱柱涂敷了多级孔结构纳米颗粒，将其用于气相色谱分离，实现了目前三种二甲苯异构体和乙基苯混合物分离的最高分离度，间位/对位分离度可高达15.2；固定相材料产量高、纳米粒子尺寸均一，均匀嵌入在毛细管柱内壁，该毛细管气相色谱柱的制备操作简便、成本低廉、性能优异、可实现规模化生产；同时该毛细管气相色谱柱可对其它苯取代
异构体和烷烃异构体实现优异的分离效果，是一种极有潜力的气相色谱分离材料，在分析检测化工污染物中具有广阔的应用前景。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施例1制得的毛细管气相色谱柱的纵剖面SEM图谱；
[0021]图2是本专利技术实施例1制得的毛细管气相色谱柱的剖面放大SEM图谱；
[0022]图3是本专利技术实施例2制得的毛细管气相色谱柱的固定相材料的SEM图谱；
[0023]图4是本专利技术实施例2制得的毛细管气相色谱柱的固定相材料的TEM图谱；
[0024]图5是本专利技术实施例3制得的毛细管气相色谱柱的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现二甲苯异构体基线分离的毛细管气相色谱柱，其特征在于，毛细管气相色谱柱固定相为具有多级孔结构的纳米材料，纳米粒子均匀嵌入在毛细管柱内壁。2.根据权利要求1所述的实现二甲苯异构体基线分离的毛细管柱的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)合成多级孔纳米材料作固定相：配制一定浓度的ZrCl4溶液，与对苯二甲酸溶液混合，然后加入一定量的三氟乙酸混合均匀，在高温下反应得到白色的UiO
‑
66纳米材料，冷却后经过离心洗涤干燥，得到多级孔纳米材料；(2)制备内壁敷有多级孔材料的毛细管气相色谱柱：将步骤(1)得到的多级孔纳米材料超声分散在有机溶剂中，用注射泵将其匀速推入预处理过的毛细管色谱柱中动态涂敷在毛细管色谱柱内壁，然后将此毛细管柱在惰性氛围下，程序升温老化处理，冷却至室温后即得所述毛细管气相色谱柱。3.根据权利要求2所述的实现二甲苯异构体基线分离的毛细管气相色谱柱的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述ZrCl4溶液和对苯二甲酸溶液溶剂均为N,N
‑
二甲基甲酰胺。4.根据权利要求2所述的实现二甲苯异构体基线分离的毛细管气相色谱柱的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：古志远，徐铭，高元霄，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：