生物质炭材料制备及其在电化学传感器中的应用研究

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来源广、低成本、可再生的废弃生物质可用来制备生物质炭材料,以此构建具有良好性能的电化学传感器。不同生物质本身特性存在差异和特殊性,需要优化制备工艺。利用回收废水环境生长的水绵和废弃的荔枝壳,分别采用直接升温未经活化、阶段升温未经活化、直接升温磷酸活化、阶段升温磷酸活化四种不同的工艺,制备得到各自不同类型的生物质炭材料。基于材料学的结构表征和化学组成表征,结合微孔吸附亚甲基蓝的容量测量,对比不同工艺制备的生物质炭材料的结构差异;利用电化学方法检测四种类型生物炭的电化学性能差异,筛选出综合性能最佳的生物质炭材料,以此与壳聚糖(CS)按比例混合修饰玻碳电极(GCE),制备电化学传感器用于检测环境污染物。直接升温磷酸活化的水绵生物质炭材料(DH-PSC),微观表面有较多孔,含有丰富的C、O、P元素,结构缺陷位点较多,微孔吸附亚甲基蓝的比例最大,对氧化还原峰的信号增强最多。DH-PSC/CS能增强GCE对亚硝酸盐(NO2-)的检测效果,在p H=4.0缓冲液中有最大的响应信号,使用差分脉冲伏安法(DPV)构建标准曲线得到宽线性范围(0.02-6 mmol·L-1),检测限为8.29μmol·L-1。阶段升温磷酸活化的荔枝壳生物质炭材料(SH-PLSC),微观结构孔洞细密,材料碳氧磷元素占比高,结构缺陷位点丰富,对亚甲基蓝吸附容量高,电化学性能较优。SH-PLSC/CS提高GCE对邻苯二酚(CC)和对苯二酚(HQ)的检测分辨效果,在p H=6.6缓冲液中有最大的响应信号,传感器基于方波伏安法(SWV)检测HQ和CC得到分段线性范围(10-100μmol·L-1和100-2000μmol·L-1),HQ和CC检测限分别为1.23和0.44μmol·L-1。
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