基于离子液体-可控印迹石墨烯复合材料的环境水中全氟化合物检测新方法研究

Perfluorinated compounds (PFCs) are a class of emerging persistent organic pollutants, due to the unique hydrophobic and oleophobic properties and strong electronegativity of PFCs, it is difficult to enrich and separate them from environmental samples. The aim of this program is to synthesis graphene oxide by improved Hummers method using the cheap graphite powder as raw material, synthesis graphene oxide/carbon nanotube composite materials with large specific surface area and strong mechanical properties, investigate the different doping/preparation method, ionic liquid/surface grafting modification method, surface imprinting and imprinting layer thickness control method to obtain graphene oxide/carbon nanotube composite imprinted materials exhibiting strong mechanical properties, rapid mass transfer rate and high affinity to target compounds, and the molecular recognition mechanism, morphology and mass transfer mechanism are also investigated to further develop the correlation theory of the nanocomposite imprinting technique. Meanwhile, miniaturized solid phase extraction and dispersive solid phase extraction technology will be developed using the synthesized imprinted composite materials as extractant/dispersant to achieve high enrichment and elective separation of PFCs in environmental water，which reduce the consumption of organic reagent and provide important technical support for health risk assessment of PFCs exposure in environmental samples.

全氟化合物（PFCs）是一种新型的持久性有机污染物，由于其疏水疏油的特性以及极强的电负性，给富集分离带来了一定的难度。本项目拟以价格低廉的石墨粉为原料，采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，然后掺杂碳纳米管得到大比表面积和强力学性能的氧化石墨烯/碳纳米管复合材料。研究不同条件下的掺杂/制备、表面接枝/改性方法、离子液体表面印迹技术及印迹层厚度控制方法以得到强力学性能、快传质速率且对目标物具有特殊亲合力的氧化石墨烯/碳纳米管复合印迹材料，并对其分子识别机理、微观形态及传质机制进行研究，同时以合成的离子液体-可控印迹石墨烯复合材料作为萃取剂/分散剂，发展小型化/微型化固相萃取技术和分散固相萃取技术，建立环境水中PFCs高选择性分离富集，为环境样品中PFCs暴露的健康风险评价提供技术支持。

该项目针对全氟化合物疏水疏油、具有极强电负性，难以富集分离检测的问题，合成了系列新型功能化复合材料，实现了对全氟化合物的高选择性识别，开发了基于新吸附剂材料的固相萃取、管尖固相萃取、分散滤头萃取等富集分离技术，结合气相色谱-质谱联用和液相色谱-质谱联用技术，建立了环境水中痕量全氟化合物萃取富集分离及高灵敏检测技术。主要成果包括：1）以氧化石墨烯/碳纳米管作为基底材料，以离子液体和丙烯酰胺作为双功能单体在其表面进行分子印迹修饰，制备了新型功能化分子印迹复合材料。将其用作固相萃取吸附剂，结合柱前衍生-气相色谱-负化学源-质谱联用技术，建立了用于环境水中痕量全氟羧酸高效准确的检测方法。 2）以酸化并酰氯化的碳纳米管作为基底材料，以离子液体（氯化-1-氨丙基-3-甲基咪唑）进行修饰，得到离子液体修饰的碳纳米管，以全氟十四酸 (PFTreA)作为印迹分子，丙烯酰胺作为功能单体，乙腈作为致孔剂，制备了基于离子液体修饰的碳纳米管印迹聚合物（IL-CNTs-MIP），将其作为固相萃取吸附剂，用于环境水样中七种全氟羧酸的同时萃取分离测定，方法高效灵敏。3）将氟化石墨烯作为管尖固相萃取吸附剂，结合柱前衍生和气相色谱质谱联用方法，建立了环境水中痕量全氟羧酸的高效灵敏检测方法。4）采用水热合成法制备了间氨基苯酚-戊二醛印迹树脂材料，该材料对全氟辛酸（PFOA）和全氟辛基磺酸（PFOS）吸附机制丰富（疏水作用、氢键作用、分子印迹）、吸附速率快，并设计开发了一种快速、简单的滤头固相萃取方法（FSPE），结合高效液相色谱-串联质谱，建立了PFOA和PFOS检测的新方法。5）采用水热合成法制备了离子液体修饰的对氨基苯酚-戊二醛分子印迹树脂材料，该材料以乙腈作为反应溶剂，以F127作为致孔剂，以全氟壬酸作为模板，以离子液体作为单体，吸附位点丰富（疏水作用、氢键作用、分子印迹），结合滤头萃取装置及高效液相色谱-串联质谱，建立了全氟辛酸、全氟壬酸、全氟癸酸以及全氟辛基磺酸的高效快速检测方法。