石墨烯多级孔功能材料的环境样品萃取新方法研究

This project is aimed primarily at the high concern persistent organic pollutants (POPs). This project intends to build a series of efficient composite adsorption materials with three-dimensional multi-class pores (mesoporous/macroporous) structure using graphene as matrix. The advantages of graphene's unique two-dimensional structure and excellent mechanical strength will be made full use of, and porous materials (mainly meso-/macro- porous dual-stage pore structure) with large specific surface area, pore volume and pore size will be taken good use too.The porous material is dispersed into the surface of the graphene nano-sheet, not only can the graphene and the porous material maintain the inherent characteristics of each meantime, but also can produce a novel synergistic effect and are used as coating of solid phase microextraction (SPME) fiber. On this basis, the graphene of magnetic mesoporous material will be prepared and be used coating of SPME fiber and magnetic solid phase extraction (MSPE), which is beneficial to regulate and control the shape and size of magnetic nanoparticles, it is convenient to separate by magnetism and easy to the adsorption and separation of target compounds. Moreover, we will prepare new SPME fiber of mesoporous carbon as coating by using graphite paper as the base. A series of graphene functional materials are applied to enviromental sample pretreatment methods combining with high performance liquid chromatography (HPLC), and a fast, economic, high sensitivity and high selectivity new detection analysis methods will be established. The method may be used in the detection of the site of the actual samples and in situ in vivo sampling, meanwhile the new method will extend the applications of graphene and porous materials and expand the thinking of development.

针对目前关注度高的新型持久性有机污染物（POPs），本项目拟构建三维石墨烯基多级孔（介孔/大孔）高效吸附材料，充分利用石墨烯独特的二维结构、优异的机械强度和多孔材料（主要制备介孔/大孔双级孔结构）大的比表面积、孔容和孔径，将多孔材料分散到石墨烯纳米片表面，不仅可以保持石墨烯和多孔材料各自的固有特性，而且能够产生新颖的协同效应并将其用于固相微萃取（SPME）纤维的涂层。在此基础上，制备石墨烯磁性介孔材料并用于SPME纤维涂层和磁性固相萃取（MSPE），该方法有利于磁性纳米球形状和尺寸的调控，有很好的磁分离性，便于目标化合物的吸附和分离。同时以石墨纸为基底，制备介孔碳涂层的新型SPME纤维。将石墨烯功能材料用于环境样品萃取，与高效液相色谱（HPLC）联用，建立一种快速、经济、高灵敏和高选择性的新型检测分析方法。有望应用于实际样品的现场检测和原位活体采样，同时扩大石墨烯和多孔材料的应用领域。

近年来，环境污染事件频频发生，环境问题已经成为全世界关注的焦点。国际组织（WHO、FAO和UNEP等）和各国政府都非常重视环境中残留的有机或无机污染物的限量和检测方法体系的建立，制定了配套性、系统性、先进性和实用性都较强的检测方法和质量标准。然而，环境样品通常具有形态多样、组分复杂、干扰物质多、易受环境影响等特点，而且待测物含量很低，不能直接被分析仪器检测到。因此在测定前进行有效的样品前处理就显得极为重要。针对目前关注度高的新型持久性有机污染物（POPs），本项目构建了一系列三维石墨烯基多级孔（介孔/大孔）高效复合吸附材料，充分利用石墨烯独特的二维结构、优异的机械强度和多孔材料（主要制备介孔/大孔双级孔结构）大的比表面积、孔容和孔径，将多孔材料分散到石墨烯纳米片表面，不仅可以保持石墨烯和多孔材料各自的固有特性，而且能够产生新颖的协同效应并将其用于固相微萃取（SPME）纤维的涂层。在此基础上，制备石墨烯磁性介孔材料并用于SPME纤维涂层和磁性固相萃取（MSPE），该方法有利于磁性纳米球形状和尺寸的调控，有很好的磁分离性，便于目标化合物的吸附和分离。并且将一系列复合材料，如金属有机骨架材料（MOFs），多孔有机聚合物（MOPs）等用作固相萃取（SPE），基质分散固相萃取（MSPE）的吸附剂，探索了QuEChERS法、分散液液微萃取（DLLME）、微波辅助萃取（MAE）等样品前处理技术在POPs分离、富集等方面的应用。.项目执行期内申请到国家自然科学基金面上项目1项（功能性印迹复合材料的靶向设计及其在新型溴代阻燃剂选择性识别中的应用，项目批准号：21777129），甘肃省“陇原青年创新人才扶持计划”项目1项，兰州市人才创新创业项目1项，发表SCI论文14篇，国内核心论文5篇，申请专利2项，出版专著1部（2/4），培养5名硕士研究生（详见人才培养情况）。