一种CN@PANI复合材料的制备及其检测痕量三价铁的方法技术

本发明专利技术公开了一种光聚合合成聚苯胺复合材料CN@PANI，并将其作为传感器定量检测Fe(III)的方法。常温下采用非金属半导体材料g

【技术实现步骤摘要】
一种CN@PANI复合材料的制备及其检测痕量三价铁的方法
[0001]本专利技术属于环境与高分子合成领域，涉及到新型传感器CN@PANI的制备，制备高分子量聚苯胺的同时实现高灵敏度检测三价铁。

技术介绍

[0002]聚苯胺(PANI)因其优异的传感性能、导电性和耐腐蚀性而受到越来越多的关注。因此，其简单的合成路径成为了一个值得研究的课题。但是聚苯胺的合成条件极其苛刻，不仅需要氧化剂，而且需要低温环境，极度消耗能源，污染环境。近年来，能源短缺和环境污染日益严重。工业废水中的重金属、染料、石油泄漏、和排放的其它污染物已经对人类造成了不可挽回的损害。例如，过量的Fe(III)会导致水体呈现赤橙色且变浑浊，水体中的溶解氧迅速降低，导致水体生物死亡和严重的环境污染。而人体内过量或不足的Fe(III)都会导致细胞环境失衡并诱发疾病，例如贫血、癌症、智力下降和糖尿病等。寻找一种高灵敏高选择性的Fe(III)检测方法具有重要意义。
[0003]光催化技术因其生态友好、操作简单、低成本、低能耗、高效等优点而受到聚合领域的广泛关注。因此，它被认为是合成高聚物的一种很有前途的策略。现阶段常用的Fe(III)检测方法，分光光度法虽然方法简单，但灵敏度不高。采用邻菲罗啉分光光度法，建立了酸腐蚀液中铁离子含量测定方法，该方法相对偏差较小，但需要浓酸环境。为了改善这些缺点，考虑使用光电化学，解决灵敏度问题的同时，扩大了检测范围。其中，瞬态光电流有数值且稳定，因此是输出物理量信号的一种不错选择。
[0004]因此本专利技术采用非金属半导体材料g/>‑
C3N4常温下光诱导聚合CN@PANI复合材料，不仅无需传统的氧化剂，更无需低温环境。旨在提高Fe(III)检测的灵敏度，扩大检测范围，通过电化学工作站输出瞬态光电流，并根据光电流的大小确定Fe(III)浓度。然而，目前我们尚未查到这类CN@PANI的制备，以及在Fe(III)检测领域应用的技术和专利。

技术实现思路

[0005]为实现本专利技术目的，本专利技术的技术方案是以g
‑
C3N4作为光引发剂，光聚合合成聚苯胺复合材料CN@PANI，并将其作为传感器定量检测Fe(III)的方法。常温下采用非金属半导体材料g
‑
C3N4光诱导合成CN@PANI，所得CN@PANI的重均分子量可达222405Da，多分散性系数为1.6，表明其分子量分布均匀，纯度和聚合度高。对于Fe(III)的检测，CN@PANI复合材料具有反应时间短、特异性识别和检测限低的优点，检测限可达61.768ppt。该专利技术所采用的技术方案按照以下步骤进行：
[0006]在具体实施方案中，本专利技术提供了一种CN@PANI复合材料的制备及其检测痕量三价铁的方法。其特征在于，包括下列步骤：
[0007](a)称取尿素和三聚氰胺控制其质量比在1∶1
‑
1∶4之间，放入研钵，充分研磨后放入陶瓷坩埚中，并用锡纸包裹住坩埚。将坩埚放入马弗炉中，从室温以2
‑
6℃ min
‑1的升温速率，加热至500
‑
600℃，保温2
‑
5h，自然降至室温后取出，得到块状g
‑
C3N4；
[0008](b)将块状g
‑
C3N4充分研磨后配制成10
‑
30g L
‑1g
‑
C3N4悬浊液，搅拌3
‑
30min后，超
声5
‑
30min。离心机中以1000
‑
4000r min
‑1的转速离心1
‑
5min。所得上清液即g
‑
C3N4纳米片溶液，命名为CN；
[0009](c)分别量取10
‑
30mL CN，1
‑
5mL苯胺ANI，5
‑
10mL 3
‑
8M的HNO3和1
‑
5mL去离子水加入到石英试管中，用1M的HCl调节初始pH至1
‑
3，并充分搅拌，得到聚苯胺的前体溶液；
[0010](d)将步骤(c)中装有聚苯胺前体溶液的试管放入南京胥江机电厂的XPA
‑
7光化学反应仪中进行5
‑
10h的光聚合。该反应仪具体参数如下：300
‑
500W光强可调的高压汞灯固定在具有循环水冷凝系统的密闭石英冷阱中，光源与石英试管表面的距离为12cm，石英试管外表面的光强为2
‑
3mW cm
‑2。实验过程中，通过冷却水的不断循环，光催化反应过程中反应器内部环境温度保持20
‑
30℃；
[0011](e)光聚合反应结束后，将溶液离心，将沉淀物冷冻干燥后得到聚苯胺复合材料CN@PANI；
[0012](f)将壳聚糖溶于冰醋酸中，配成1
‑
3g L
‑1的混合液，搅拌30
‑
90min；
[0013](g)在离心管中加入0.5
‑
3mL步骤(f)的混合液和0.5
‑
5mg CN@PANI，配成0.5
‑
3g L
‑1的混合液，超声处理1
‑
5min；
[0014](h)量取10
‑
30μL步骤(f)的混合液滴在导电玻璃的导电侧，由其自动扩散，并密封过夜；
[0015](i)分别以步骤(h)获得的负载CN@PANI的导电玻璃、Ag/AgCl电极和Pt片为工作电极、参比电极和对电极。使用强度为500mW cm
‑2的可见光作为光源，无外加电压下，在醋酸
‑
醋酸铵缓冲溶液中测量瞬态光电流；
[0016](j)当醋酸
‑
醋酸铵缓冲液中含相同浓度的不同阳离子时，可以测CN@PANI对Fe(III)的特异性识别；当醋酸
‑
醋酸铵缓冲液中含不同浓度的Fe(III)时，可以得到Fe(III)浓度与瞬态光电流之间的关系。
[0017]2.根据权利要求1所述的一种CN@PANI复合材料的制备及其检测痕量三价铁的方法，其特征在于：
[0018](1)所述CN@PANI复合材料的制备条件为：CN，ANI，5M HNO3和去离子水的体积比为5∶0.75∶2∶1；
[0019](2)与本征态聚苯胺相比，所述CN@PANI复合材料的电导率提升了4个数量级；
[0020](3)CN@PANI复合材料的重均分子量为222405Da，特性粘度为12.21dL g
‑1，多分散性系数为1.62；
[0021](4)所述CN@PANI复合材料检测Fe(III)具有反应时间短、特异性识别和检测限低的优点，检测限可达61.768ng L
‑1。
[0022]本专利技术的目的在于提供一种可高灵敏度检测环境中三价本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CN@PANI复合材料的制备及其检测痕量三价铁的方法，其特征在于，包括下列步骤：(a)称取尿素和三聚氰胺控制其质量比在1∶1
‑
1∶4之间，放入研钵，充分研磨后放入陶瓷坩埚中，并用锡纸包裹住坩埚。将坩埚放入马弗炉中，从室温以2
‑
6℃ min
‑1的升温速率，加热至500
‑
600℃，保温2
‑
5h，自然降至室温后取出，得到块状g
‑
C3N4；(b)将块状g
‑
C3N4充分研磨后配制成10
‑
30g L
‑1g
‑
C3N4悬浊液，搅拌3
‑
30min后，超声5
‑
30min。离心机中以1000
‑
4000r min
‑1的转速离心1
‑
5min。所得上清液即g
‑
C3N4纳米片溶液，命名为CN；(c)分别量取10
‑
30mL CN，1
‑
5mL苯胺ANI，5
‑
10mL 3
‑
8M的HNO3和1
‑
5mL去离子水加入到石英试管中，用1M的HCl调节初始pH至1
‑
3，并充分搅拌，得到聚苯胺的前体溶液；(d)将步骤(c)中装有聚苯胺前体溶液的试管放入南京胥江机电厂的XPA
‑
7光化学反应仪中进行5
‑
10h的光聚合。该反应仪具体参数如下：300
‑
500W光强可调的高压汞灯固定在具有循环水冷凝系统的密闭石英冷阱中，光源与石英试管表面的距离为12cm，石英试管外表面的光强为2
‑
3mW cm
‑2。实验过程中，通过冷却水的不断循环，...

【专利技术属性】
技术研发人员：任海涛，李达帅，秦娟，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：