碳纳米管复合垫作为极性有机污染物的快速平衡无源采样器

Environ. Sci. Technol.：聚合物纳米纤维-碳纳米管复合垫作为极性有机污染物的快速平衡无源采样器

DOI:10.1021/acs.est.0c00609 为提高聚合物电纺纳米纤维毡（ENMs）在水中平衡无源采样应用中的性能，研究者将两种类型的多壁碳纳米管（CNTs；含和不含有表面羧基）集成到聚丙烯腈（PAN）和聚苯乙烯（PS）ENMs中。对于11种极性和中等疏水性化合物（-0.07≤logKOW≤3.13），在非混合ENM-CNT系统中，0.8天之内即可达到90％的平衡吸收（t90％值）。ENM-CNTs的吸附容量是纯聚合物ENMs的2至50倍，其平衡分配系数（KENM-W值）在1.4至3.1个log单位（L/kg）之间，具体取决于聚合物类型（亲水性PAN或疏水性PS）、CNT负载（即，值随CNT的重量百分比（wt％）而增加）和CNT类型（即，羧基化CNTs复合材料的吸收量更大）。在爱荷华州北部Liberty的Muddy Creek现场部署过程中，最佳ENM-CNTs（含20 wt％羧基化CNTs的PAN）在地表水中产生的莠去津浓度与同一天抓取样本的分析结果相比有40％的差异。当比较ENM-CNT采样器结果以获取在部署后1周内收集的样本数据时，研究者还观察到平均百分比差异为30（±20）％。ENM-CNT平衡无源采样器具有快速、高容量吸收和小材料占用的优点，是传统集成无源采样器的一种有前途的替代方法，同时也为大容量抓取采样提供了便利。

图1.ENM-CNT复合材料的SEM图像。显示了（a，b）COOH-CNT/PAN和（c，d）NF-CNT/PS的图像。右栏中的图像对应于（a）和（c）中带有黑框的区域。箭头指示由于存在本文中所述的CNTs而导致的特定形态特征。

图2.（a）莠去津、（b）咖啡因、（c）敌草隆、（d）异丙甲草胺和（e）2,4-D在PAN和CNT修饰PAN的ENMs上的吸收曲线。数据表示每千克垫子中化学物质的克数（g），随时间的推移累积到ENMs中的质量，通过使用甲醇从ENM中化学提取来量化。由于大多数化合物从甲醇中提取的质量回收率通常很好（对于PAN基ENMs，平均回收率大于80％），因此未对值进行校正以解决回收不完全的问题。实线表示通过非线性最小二乘法回归分析获得的一室模型拟合（请参见表S9）。（f）莠去津和敌草隆的logKENM-W（L/kg）值与NF-CNT和COOH-CNT质量负载（wt％）的关系。虚线表示对实验数据的平均值（p值≤0.02，相关系数（R2值）≥0.97）进行线性回归（最小二乘法）的结果。实验条件：pH7（1mM磷酸盐）；异丙甲草胺的初始浓度：7.1mg/L，莠去津：5.4mg/L，2,4-D：5.5mg/L，咖啡因：4.8mg/L，敌草隆：5.8mg/L；ENM负载量：1.25g/L。实验是在静态（无混合）条件下进行的。不确定度代表三个重复实验的标准偏差。

图3.（a）PAN基ENMs和（b）PS基ENMs的logKENM-W值的比较。显示了纯聚合物（黑色）以及由NF-CNT（红色）和COOH-CNT（蓝色）制成的复合材料的数据。不确定度表示至少重复三次的标准偏差。注意：带有星号的化学药品在PAN和PS上的logKENM-W值小于累积到ENM中的总水量的5％。由于未观察到统计学上的显著摄取，因此未报告含PS的2,4-D的LogKENM-W值（参见表S12）。

图4.通过ENM-CNT复合材料和主动采样（抓样分析）测量的爱荷华州北部Liberty的Muddy Creek的莠去津浓度（ng/L）。（a）使用的三种采样方法在整个采样期间的箱形图。箱形图包括最大值、第75个百分位数、中位数、第25个百分位数和最小值。（b）不同取样事件中莠去津测量值的时间分布。USGS收集的抓斗样本的分析结果以白色显示，而蓝色和红色的结果分别对应于使用COOH-CNT/PAN和NF-CNT/PAN（分别在20 wt％CNT负载下）收集的数据。表S19中提供了所有数据。未显示使用NF-CNT/PAN于2018年4月11日收集的样品的结果，因为在现场空白区域检测到莠去津，表明可能存在污染。

来源：易丝帮

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