通过煅烧制备二维磁性多孔碳复合材料的方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种通过燃烧制备二维磁性多孔碳复合材料的方法，是先将六水合氯化铁或四水合氯化亚铁和六水合氯化铁超声分散于水中形成均匀的铁离子分散液，再将分散液抽滤至定性滤纸上，然后置于马弗炉中煅烧得粗产品；粗产品用水和无水乙醇洗涤除去杂质，干燥，即得二维磁性多孔碳复合材料。本发明专利技术在整个反应过程中不需要有机溶剂，无需氮气保护，极大地缩短了反应时间，而且采用定性滤纸作为碳源，降低了成本。该复合材料具有较高的比表面积、丰富的孔隙和较强的磁性，可以作为吸附剂，通过磁性固相萃取结合高效液相色谱法快速测定环境水和生物样品中三种非甾体抗炎药。因此，其在样品前处理等领域具有十分广泛的应用前景。

Method and Application of Preparing Two-dimensional Magnetic Porous Carbon Composites by Calcination

The invention discloses a method for preparing two-dimensional magnetic porous carbon composite material by combustion. The method first disperses ferric chloride hexahydrate or ferrous chloride tetrahydrate and ferric chloride hexahydrate in water to form a uniform ferric ion dispersion solution, then filters the dispersion solution onto qualitative filter paper, and then calcines the crude product in muffle furnace to remove impurities by washing with water and anhydrous ethanol. Two-dimensional magnetic porous carbon composites can be obtained by quality and drying. The invention does not need organic solvent and nitrogen protection in the whole reaction process, greatly shortens the reaction time, and uses qualitative filter paper as carbon source, thus reducing the cost. The composite material has high specific surface area, abundant pore space and strong magnetism. It can be used as adsorbent for rapid determination of three non-steroidal anti-inflammatory drugs in environmental water and biological samples by magnetic solid phase extraction combined with high performance liquid chromatography. Therefore, it has wide application prospects in sample pretreatment and other fields.

【技术实现步骤摘要】
通过煅烧制备二维磁性多孔碳复合材料的方法及其应用
本专利技术涉及一种二维磁性多孔碳复合材料的制备方法，尤其涉及一种通过燃烧制备二维磁性多孔碳复合材料的方法，主要于作为吸附剂，通过磁性固相萃取结合高效液相色谱法快速测定在环境水和生物样品中的非甾体抗炎药，属于复合材料

技术介绍
非甾体抗炎药是人类和动物广泛使用的解热、镇痛和抗炎的药物。但过量或长期服用该药物会引起严重的副作用，如溃疡、消化道出血、肾衰竭和再生障碍性贫血等。近年来，非甾体抗炎药作为一类新兴的环境污染物越来越受到人们的关注。这些污染物可能通过废弃药物的处理、患者排泄、制药厂和医院等不同途径转移到生态系统，即使在浓度相对较低的情况下也可能威胁到水生生态系统和人类健康。因此，建立一种快速检测环境水样和生物样本中非甾体抗炎药的方法具有十分重要的意义。样品前处理是进行仪器分析前的重要步骤，可以富集痕量分析物，消除基质干扰，保证所得结果的准确性。在环境和生物样品中，基质复杂且非甾体抗炎药的含量较低，在测定之前，进行样品前处理是非常必要的。在过去的几年里，各种各样的样品前处理方法已被用于测定非甾体类抗炎药，包括固相微萃取（SPE）、磁性固相萃取（MSPE）、固相微萃取（SPME）、电膜萃取（EME）以及分散液液微萃取（DLLME）等等。其中，SPE由于其吸附剂的多样性、操作简单和回收率较高等优势，一直是应用最广泛的样品前处理技术之一。而在传统的SPE方法中，吸附剂材料需要包装在一次性的SPE小柱中，有机溶剂消耗大，操作时间长。MSPE是一种基于磁性吸附剂的新型SPE方法，与传统的SPE方法相比，该方法通常采用分散萃取模式有助于加快传质和提高萃取效率。在外加磁场下，磁性吸附剂易于基质分离，不需要过滤或离心等操作，简化了分离过程。此外，磁性吸附剂可重复使用，经济、环保。在磁性固相萃取（MSPE）中，吸附剂材料是提高萃取效率的关键。因此，人们致力于研究新型磁性吸附剂或对现有吸附剂进行改性。近年来，磁性多孔碳（MPC）以其新颖的结构、较大的表面积、良好的吸附性能和化学稳定性等优点受到人们的广泛关注。目前，各种磁性多孔碳材料已广泛应用于复杂样品中分析物的分离富集。MPC的制备通常采用两步法，先合成磁性材料再高温碳化或先制备多孔碳再引入磁性。但这些传统的方法通常存在制备过程复杂、耗时长、温度高、有机溶剂用量大、成本较高和需要氮气保护等缺点，与绿色化学的理念相冲突。因此，开发一种简单、有效、环保的磁性吸附剂的制备方法引起了我们的关注。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种通过燃烧制备二维磁性多孔碳复合材料的方法；本专利技术的另一目的是提供上述二维磁性多孔碳复合材料作为吸附剂，采用磁性固相萃取结合高效液相色谱法快速测定在环境水和生物样品中三种非甾体抗炎药的应用。（一）二维磁性多孔碳复合材料的制备本专利技术制备二维磁性多孔碳复合材料的方法，先将六水合氯化铁或四水合氯化亚铁和六水合氯化铁超声分散于水中形成均匀的分散液，再将分散液抽滤至定性滤纸上，然后置于马弗炉中，在430~470℃下煅烧1min~3min，得粗产品；粗产品用水和无水乙醇洗涤除去杂质，干燥，即得二维磁性多孔碳复合材料。所述分散液中，六水合氯化铁溶液或六水合氯化铁和四水合氯化亚铁的浓度为50~65g/L。当铁源为四水合氯化亚铁和六水合氯化铁时，四水合氯化亚铁和六水合氯化铁的摩尔比为0.5:1~2:1。为了使溶液中Fe3+和Fe2+生成更多的Fe(OH)3和Fe(OH)2从而在高温下生成Fe3O4以提高磁性，在所述分散液中加入氨水。氨水的浓度为25~28%，氨水的质量为铁离子的2.5~3.5倍。滤纸为直径9cm的中速滤纸。本专利技术合成原理：在铁盐溶液中加入氨水时，一方面溶液中的Fe3+和Fe2+分别与OH-结合生成Fe(OH)3和Fe(OH)2，另一方面也促进Fe3+和Fe2+的水解生成Fe(OH)3和Fe(OH)2。将分散液抽滤至滤纸上，置入马弗炉中，在高温下先生成Fe2O3，与此同时，滤纸在马弗炉内燃烧时会生成CO，CO会将大部分Fe2O3还原为Fe3O4。滤纸自身具有一定孔隙，在不完全燃烧的情况下生成多孔碳。（二）磁性多孔碳复合材料的结构1、透射电镜（TEM）图对于二维磁性多孔碳（MPC）复合材料，需要利用透射电镜观察其形貌。图1为二维磁性多孔碳复合材料的透射电镜（TEM）图。可以看出，碳材料的表面存在大量的磁性颗粒，同时碳材料表面有大量的二维纳米孔（用白色小点代表）。2、红外光谱（FT-IR）图图2为二维磁性多孔碳复合材料的FT-IR图。从图中可以看出，在3407cm-1处的吸收峰为O−H的伸缩振动，在1697cm-1处的吸收峰为羰基或羧基中C=O的伸缩振动，在1577cm-1处的吸收峰为C=C的伸缩振动，在1260cm-1和1041cm-1处的吸收峰分别为环氧中C−O−C和烷氧中C−O的伸缩振动，在876cm-1处的吸收峰为C−C的伸缩振动，在571cm-1处的吸收峰为Fe−O的伸缩振动。3、X射线光电子能谱（XPS）全谱及精细谱图图3A为二维磁性多孔碳复合材料的XPS全谱，说明二维磁性多孔碳复合材料主要由C、O和Fe组成。图3B为C1s的精细谱，从图中可以确认该复合材料中存在C−C/C=C（284.8eV），C−O（286.3eV），C=O（287.0eV）和C=O−O（288.7eV）键。图3C为O1s的精细谱，其精细谱在530.1eV和531.7eV处的两个谱峰分别对应于复合材料中磁性纳米颗粒的晶格氧（Fe−O）以及磁性纳米颗粒与多孔碳形成的Fe−O−C键，532.5eV和533.6eV处的谱峰分别对应于复合材料中的C=O/C=O−O键和C−O键。图3D为Fe2p的精细谱，其中712.8eV和725.7eV处的谱峰对应于复合材料中四氧化三铁的Fe2p3/2和Fe2p1/2谱峰，710.7eV和724.0eV处的谱峰对应于α-三氧化二铁的Fe2p3/2和Fe2p1/2谱峰，718.4eV处的谱峰对应于Fe3+的伴峰。4、X射线衍射（XRD）图图4为二维磁性多孔碳复合材料的XRD图。从图中可以看出多孔碳在2θ=24°处有一宽峰，说明其为无定形碳。另外，复合材料在30.2°，35.5°，43.3°，53.5°，57.2°和62.8°处存在一系列典型的衍射峰，分别对应于复合材料中纳米四氧化三铁的（220），（311），（400），（422），（511）和（440）晶面；在24.1°，33.2°，35.5°，40.9°，49.6°，54.1°，62.8°和64.0°处存在一系列典型的衍射峰，分别对应于复合材料中纳米α-三氧化二铁的（012），（104），（110），（113），（024），（116），（214）和（300）晶面，说明该复合材料中存在四氧化三铁和α-三氧化二铁，且峰型尖锐，衍射强度较强，说明其结晶性较好。4、磁滞回线图图5为二维磁性多孔碳复合材料的磁滞回线图。从图中可以看出该磁性材料具有铁磁性质，饱和磁强度为24.7emu·g-1，说明该磁性材料磁性较强，在外加磁场下满足磁性分离的需求。（三）二维磁性多孔碳复合材料磁性固相萃取非甾体抗炎药以二维磁性多孔碳复合材料为吸附剂，采用磁性固相萃取本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.通过煅烧制备二维磁性多孔碳复合材料的方法，是先将六水合氯化铁或四水合氯化亚铁和六水合氯化铁超声分散于水中形成均匀的铁离子分散液，再将分散液抽滤至滤纸上，然后置于马弗炉中煅烧得粗产品；粗产品用水和无水乙醇洗涤除去杂质，干燥，即得二维磁性多孔碳复合材料。

【技术特征摘要】
1.通过煅烧制备二维磁性多孔碳复合材料的方法，是先将六水合氯化铁或四水合氯化亚铁和六水合氯化铁超声分散于水中形成均匀的铁离子分散液，再将分散液抽滤至滤纸上，然后置于马弗炉中煅烧得粗产品；粗产品用水和无水乙醇洗涤除去杂质，干燥，即得二维磁性多孔碳复合材料。2.如权利要求1所述通过煅烧制备二维磁性多孔碳复合材料的方法，其特征在于：所述铁离子分散液中，六水合氯化铁溶液或六水合氯化铁和四水合氯化亚铁的浓度为50~65g/L。3.如权利要求1所述通过煅烧制备二维磁性多孔碳复合材料的方法，其特征在于：当铁源为四水合氯化亚铁和六水合氯化铁时，四水合氯化亚铁和六水合...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱洪灯，韩晓菲，陈佳，李湛，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃,62