一种用于检测实际水体中硝基苯酚的电化学传感器制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种对硝基苯酚的电化学传感器制备方法，此材料的制备方法为：以煤液化残渣为碳前驱体，利用高温碳化的方法制备改性煤液化残渣基多孔炭材料，采用扫描电镜表征分析对材料形貌进行表征。将利用制备的碳材料构建一种对硝基苯酚电化学传感器。采用循环伏安法(CV)和线性扫描电位法(LSV)研究修饰电极的电化学性能。结果表明，所制备的电化学传感器在最佳条件下，对环境污染物对硝基苯酚具有良好的电化学分析性能，表现为该传感器检测范围、检测下限低，且稳定性好、重现性和重复性好、抗干扰能力强和选择性好。此外，该传感器检测实际水样中对硝基苯酚的回收率可达到90.06％～95.17％，表明该传感器具有很好的实际应用前景。际应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种用于检测实际水体中硝基苯酚的电化学传感器制备方法及应用


[0001]本专利技术属于新型电化学传感器的制备和环境污染物的高灵敏分析领域，更加具体地说，是一种利用较简单的工艺制备CLR基功能材料，深入探究中各成分对制得炭材料的作用，并将所制得炭材料用于废水中硝基苯酚（酚类）污染物的快速检测的应用。

技术介绍

[0002]对硝基苯酚（p
‑
Nitrophenol，4
‑
NP）作为一种化工原料在农药、橡胶、炸药、燃料、医药等化学用品的生产领域广泛应用。4
‑
N性质稳定，能溶于水，其具有高毒性、强致癌性和难降解的污染物，4
‑
NP可经皮肤粘膜、呼吸道及消化道进入体内，低浓度的4
‑
NP也会引起蓄积性慢性中毒，高浓度对硝基苯酚可引起急性中毒以致昏迷死亡，因此，4
‑
NP的高效、灵敏检测至关重要。目前，报道的检测 4－NP 或者其它硝基化合物的方法主要有分光光度法、荧光光谱法、高效液相色谱法
‑
质谱法、毛细管电泳法等，但是这些方法通常成本昂贵、分析时间长、分析步骤繁琐等许多不足。电化学分析方法检测操作方便、试验简单、成本低、分析时间短、检测限低、灵敏度高、重现性以及稳定性好等特点在硝基化合物检测方面具有优势。
[0003]在电化学检测应用研究中，具有高催化活性的电极材料的选择是至关重要的环节，电极材料性能直接影响检测方法的灵敏度和稳定性等测试性能。碳材料具有稳定性强、特殊电子性能强等特点广泛应用于分析和工业电化学、电催化、储能等领域并且表现了较好的电化学性能。在碳材料制备中，通常情况下由煤、石油也包括它们的加工产物等一些有机物作为原料，经过一些化学方法和物理方法处理即可得到性能优越的材料。煤液化残渣（Coal liquefaction residue ,CLR）是煤直接液化过程中的废弃产物，CLR占原煤质量的20～30wt.%，富含稠环芳烃及多芳香族化合物，是一种高碳、高灰、高硫的混合物，因此CLR作为制备碳材料的优选碳源。近年来，多孔碳材料作为修饰电极在分析中通常应用于以电化学传感器为主，CLR作为碳源，制备多孔炭材料应用于环境污染物4
‑
NP的检测，有效利用CLR，对提高煤直接液化工艺的经济性、实现煤炭清洁高效利用具有重要意义。
[0004]我国煤炭资源丰富，新疆拥有全国煤炭资源储量的 40%，是中国七大煤化工基地之一。本研究利用新疆丰富的煤化工废弃物CLR，制备了一种导电性好且对4
‑
NP具有良好催化活性的多孔碳材料，将其构建一种新型电化学传感器，用于4
‑
NP的快速检测。研究结果表明，基于该电极制备的电化学传感器在对硝基苯酚的检测中展示较高的电催化活性以及良好的选择性和稳定性，检测范围较宽。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是，针对解决目前传统检测硝基苯酚检测方法，例如分光光度法、荧光光谱法、高效液相色谱法
‑
质谱法、毛细管电泳法等，成本昂贵、分析时间长、分析步骤繁琐等许多不足，提供一种具有检测操作方便、试验简单、成本低、分析时间
短、检测限低、灵敏度高、重现性以及稳定性好等特点的电化学分析方法，其在硝基化合物检测方面具有明显优势。为实现上述技术目的，本专利技术提供了对硝基苯酚的电化学传感器的制备方法，包括如下步骤：步骤一：CLR基碳材料的制备：将煤沥青(2g)和若干质量氢氧化钾和SBA
‑
15(1g),放在研钵中充分研磨以混合均匀,并将混合物放入瓷舟中。将瓷舟放入管式炉,并通入特定流速氮气作为保护气，管式炉以特定速度升温至固定温度进行若干小时的直接碳化，冷却至室温后取出瓷舟。将样品置于烧杯中,加入适量1mol
· L
‑1稀盐酸进行30min的搅拌,搅拌后的样品进行过滤，然后用蒸馏水洗涤至中性，在下真空干燥若干时间，最终得到煤沥青基炭材料，所制备的炭材料标为煤沥青基多孔炭（CLR
‑
PC）材料。
[0006]步骤二：修饰电极的制备：将裸玻碳电极（GCE Φ = 3 mm）用不同规格的氧化铝粉（1.0， 0.3， 0.05 μM）抛光版上进行抛光，然后依次用无水乙醇和去离子水超声清洗，备用。将步骤(1)中所述的CLR
‑
PC加入到分散剂（异丙醇
‑
水溶液比例9：1）中，超声分散，取次分散液5μL均匀滴涂在预处理好的裸GCE表面，待其自然干燥，得到 CLR
‑
PC/GCE电极。
[0007] 优选地，第一步中所述的煤沥青和氢氧化钾的质量比为1：2～1：3 优选地，第一步中所述的通入氮气流速为300ml
·
min
‑
1 优选地，第一步中所述的直接碳化条件为：管式炉以5℃
· min
‑1的速度升温，升温至的固定温度为750℃～850℃，直接碳化时间为3小时优选地，第一步中所述的真空干燥条件为：在60℃下真空干燥10小时所述的对硝基苯酚的电化学传感器在电化学传感器领域中的应用。
[0008]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果： 1.本专利技术的制备过程具有制备工艺简单、制备过程环保、材料组成和结构易于控制等特点，为煤直接液化残渣的高附加值利用提供了一条新的途径。
[0009]2.本专利技术利用新疆丰富的煤化工废弃物CLR制备对硝基苯酚的电化学传感器，具有制备原料充足、易得、价格低廉，制备成本较低的优点。
[0010]3.本专利技术制备的对硝基苯酚的电化学传感器，得益于制备出CLR基碳材料优良的电化学性能，与传统检测方法相比具有检测操作方便、试验简单、成本低、分析时间短、检测限低、灵敏度高、重现性以及稳定性好等特点，在硝基化合物检测方面具有明显优势。
[0011]附图说明
[0012]图1为原CLR（a）,CLR
‑
PC(b)材料的SEM图图2 为裸GCE（a）、CLR
‑
PC/GCE（b）在4
‑
NP浓度为100μmol
·
L
‑1的PBS溶液（0.1mol
·
L
‑1、pH=6）中的CV图，扫描速率为100 mV
·
s
‑1图3（a）为不同扫速下CLR
‑
PC/GCE在4
‑
NP浓度为100μmol
·
L
‑1的PBS溶液（0.1mol
·
L
‑1、pH=6）中的CV图，扫速(a
‑
h)分别为: 30、50、80、100、120、150、180、200 mV
·
s
‑1;(b)为扫速与峰电流的线性关系图4（a）为CLR
‑
PC/GCE在pH(a
‑
e)分别为:4.0、5.0、6.0、7.0、8.0，4
‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.对硝基苯酚的电化学传感器的制备方法，包括如下步骤：（1）将煤沥青(2g)和若干质量氢氧化钾和SBA
‑
15(1g),放在研钵中充分研磨以混合均匀,并将混合物放入瓷舟中，将瓷舟放入管式炉,并通入特定流速氮气作为保护气，管式炉以特定速度升温至固定温度进行若干小时的直接碳化，冷却至室温后取出瓷舟，将样品置于烧杯中,加入适量1mol
· L
‑1稀盐酸进行30min的搅拌,搅拌后的样品进行过滤，然后用蒸馏水洗涤至中性，在下真空干燥若干时间，最终得到煤沥青基炭材料，所制备的炭材料标为煤沥青基多孔炭（CLR
‑
PC）材料（2）修饰电极的制备：将裸玻碳电极（GCE Φ = 3 mm）用不同规格的氧化铝粉（1.0， 0.3， 0.05 μM）抛光版上进行抛光，然后依次用无水乙醇和去离子水超声清洗，备用，将步骤(1)中所述的CLR
‑
PC加入到分散剂（异丙...

【专利技术属性】
技术研发人员：努尔比亚亚力坤，王浩洋，鲁一哲，
申请(专利权)人：新疆大学，
类型：发明
国别省市：