新型多孔有机聚合物固相微萃取涂层的制备及其在环境污染治理中的应用

In view of the limitations of commercial coatings, such as poor mechanical strength, low selectivity, high temperature resistance and solvent resistance, short service life and high cost, the project proposes to develop a high extraction efficiency, selectivity, stable physical and chemical properties and adjustable function new porous organic polymers solid phase microextraction fiber coatings. Through the design and synthesis of a new class of porous organic polymers, the relationship between the adsorption properties of porous organic polymer materials and their pore size and the functional group will be explored , and the mechanism of action between the novel material and the target analyte will be investigated. The new high-performance porous organic polymer material will be used for high sensitivity and high selectivity detection of organic pollutants in the environment and environmental pollution control. The project is conducive to the establishment of a sensitive analytical method of trace contaminants in environmental samples and has important theoretical and practical significance for the future application of new porous organic polymer materials in solid-phase microextraction and environmental treatment.

针对商品化涂层机械强度差、选择性低、耐高温和耐溶剂性能欠缺、使用寿命短、价格昂贵等局限性，本申请拟以固相微萃取技术为基础，开发萃取效率高、选择性好、理化性质稳定和功能可调的新型多孔有机聚合物涂层，进一步构建一类环境污染物的高灵敏度、高选择性的在线检测方法。通过设计合成一类新型多孔有机聚合物，探索多孔有机聚合物材料的吸附性能与其孔径、所带官能团的关系，揭示该新型材料与目标分析物之间的作用机制。新型高性能多孔有机聚合物材料将用于环境中有机污染物的高灵敏度、高选择性检测及环境污染治理。本项目有利于建立环境样品中痕量污染物含量的灵敏分析方法，对于未来新型多孔有机聚合物材料在固相微萃取技术和环境治理应用中具有重要的理论价值和实际意义。

由于环境中有机污染物的多样化及痕量化，传统的商用固相微萃取（SPME）涂层已经无法满足环境样品中有机污染物的分析检测要求。发展新型的吸附性能优异的萃取涂层已经成为分析化学热门研究领域。鉴于萃取涂层材料是SPME分析方法能否取得良好应用的关键，本项目基于比表面积大、孔径结构和形貌可调的多孔材料（多孔有机聚合物、金属有机骨架化合物和多孔碳材料），通过对官能团、材料形貌和孔结构的改性与修饰，制备新型的SPME探针，研究自制SPME探针的萃取性能与材料的微观结构的关系，并将制备的SPME用于实际样品的分析检测。. 以乙酸镁为原料，聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂，在乙二醇为溶液的环境中，通过水热反应自组装形成花状的乙醇酸镁盐纳米材料，经碳化后制备成MgO&C复合材料。由于该炭材料具有特殊表面形态及大的孔体积，对多环芳烃的吸附有很好的效果。用于水中多环芳烃检测的的线性范围为5-1000 ng·L-1，检测限为0.10-0.20 ng ·L-1。. 采用胶粘法将疏水MOF（NH2-UiO-66(Zr)-shp）制备成一种新型的SPME涂层。结果表明，涂层材料水接触角为134°；热稳定性良好，加热至250 ℃材料失重量仍小于 5%。结合GC-MS，将自制疏水NH2-UiO-66(Zr)-shp探针用于有机滤光剂和多环芳烃的顶空萃取分析。对探针的水热稳定性和抗基质效应进行评估，结果证实自制NH2-UiO-66(Zr)-shp探针具有良好的高温蒸汽稳定性，高温水蒸气中烘烤处理21 h，涂层的萃取性能和晶体结构均保持不变，同时探针具有良好的抗干扰能力，对有机滤光剂和多环芳烃的萃取性能分别是商用PDMS探针的2.0-6.2和1.4-77.3倍。方法重复性良好，检测范围较宽，检测限较低。自制探针适用于高热、多水环境。. 采用提拉法将疏水MOF制备成SPME探针，结合高效液相色谱串联质谱对水体中全氟化合物进行检测分析。相比商用PDMS探针，自制NH2-UiO-66(Zr)-shp探针对全氟化合物的萃取效果是“既快又好”，20分钟即可达到萃取平衡且萃取性能高达商用探针的53倍。. 经过四年的努力研究，在国际期刊上发表SCI收录论文8篇，核心期刊1篇，申报国家发明专利一项，培养硕士研究生4名。