碳纳米管修饰电极溶出伏安法检测重金属汞【字数：14380】
目 录
1. 前言 1
1.1 重金属汞的危害及检测意义 1
1.1.1 重金属汞的污染现状及危害 1
1.1.2 重金属汞的检测技术的研究与发展 2
1.2 碳纳米管材料概述 3
1.2.1碳纳米管的简介与发展 3
1.2.2碳纳米管的特点 4
1.2.3碳纳米管的制备方法及纯化 5
1.3电化学传感器 6
1.3.2碳纳米管修饰电极 7
1.3.3碳纳米管固定于修饰电极的方法 7
1.4电化学溶出伏安法 8
1.4.1电化学溶出伏安法的基本理论 8
1.4.2电化学溶出伏安法的定量定性分析 9
1.4.3电极与仪器 10
1.5本课题主要研究的内容和意义 10
2. 实验部分 11
2.1实验概述 11
2.1.1实验主要药品及仪器 11
2.1.2试剂的配制 12
2.2 玻碳电极的制备及处理 13
2.2.1 玻碳电极的物理处理 13
2.2.2 玻碳电极的电化学预处理 13
2.2.3 玻碳电极的修饰 14
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2.3 汞离子的检测过程 14
3. 结果与讨论 16
3.1电极的修饰过程优化 16
3.1.1 DMF溶液溶解碳纳米管修饰玻碳电极 16
3.1.2 PDDA溶液溶解碳纳米管修饰玻碳电极 17
3.1.3壳聚糖溶液溶解碳纳米管修饰玻碳电极 18
3.2 标准汞离子检测条件的优化 19
3.2.1 缓冲体系的优化 19
3.2.2 检测条件的优化 19
3.3汞离子检测的线性范围及检出限 20
4. 结论 22
参考文献 23
致谢 25
1.前言
1.1 重金属汞的危害及检测意义
1.1.1 重金属汞的污染现状及危害
重金属主要指的是密度大于5g/cm3的金属，其中，能够通过饮食和空气进入人体，而影响人体的正常生理机体的重金属被归类为有毒重金属。重金属汞属于有毒重金属范畴，并且，汞污染已成为当代社会主要重金属污染之一。
重金属汞是一种化学性质稳定且能够以游离的状态存在于自然界中的一种物质。俗称水银，在常温常压下处于液体状态的银白色金属，也是目前唯一的以
液态形式存在的金属元素，属于人体非必须元素，元素周期表第80位。汞归类于强毒性重金属，毒性很大，已被美国环保署列为优先控制污染物之一。汞具有高沸点低凝固点的特性，其沸点可高达366℃，凝固点可低至39℃。汞的密度高达13.534g/cm3，约为水的13倍。汞还具有很好的导电性能。按照汞的形态可将汞分为无机汞，有机汞和生理活性物质结合类汞。因其特有的性能，汞被广泛的应用于医药、化工、冶金、电气、仪表、机械、军事等工业领域。随着人类工业化进程的发展，大量的利用汞资源，导致环境中的汞废弃物严重超标[1]，土壤以及水体中的汞浓度增加，不仅损害了土壤和水体的再生循环系统，同时，还会通过食物链间接影响到人类的正常饮食和健康[2]。
汞污染的来源可分为自然来源和人为来源[3]。一、自然来源。是由于地壳板块运动、火山爆发、地热活动、土壤和水体表面挥发作用、岩石风化、海洋运动、植物的蒸腾作用和森林火灾等，使得自然界里许多原始土壤和岩石中都含有微量汞[4]。二、人为来源。即是指人们日常生活中的生产，生活活动中所造成的汞排放。古代对汞金属的使用起源为公元前1000多年的殷商时期。人们已经开始使用辰砂(HgS)作为颜料。随着经济的快速发展以及工业化进程的加快，造成了非常大面积的汞污染，对人类赖以生存的环境造成了很严重的不可逆破坏。污染范围主要包括:含汞废水，废气及废渣的排放。随着工业化进程的加快，许多工厂大量使用含重金属汞的原材料，并且为了自身的利益更大化，没有经过国家标准允许的步骤进行污水处理就直接排放到河里和田地里，导致对水源、土地、空气都造成了极大的污染。还有人们日常生活中所使用的天然气、煤等[5]，在燃烧过程中会产生大量的含汞化合物。农业污水灌溉、污泥施肥、施药。社会经济的快速发展，使得工业废水对人类赖以生存的环境造成了二次污染。工厂为了节约成本直接排放进河流的含汞污水，对河水间接的再一次形成了污染，人们的生活用水越来越紧张化。而现在农业生产过程中，必然会使用污水进行灌溉农作物，还会不定期的对农作物进行喷洒含汞农药和含汞肥料。这就又进一步扩散了汞污染。城市垃圾、废物焚烧。这是一个快时代，快餐文化如火如荼，快递外卖行业发展迅速。一次性餐具、塑料袋、快递盒等，给这个社会产生了大量的白色污染。以前处理垃圾的方式是土壤填埋，依靠土壤中微生物的分解作用，使垃圾自然分解。但此方法的缺点在于，耗时时间非常之久。而当代社会快餐文化所产生的垃圾数目极大，仅仅靠土壤微生物的自然分解作用，根本不能解决此时的燃眉之急。因此，对垃圾进行集中焚烧，无疑是最快的一种处理垃圾的方式。同时这也进一步加大了空气中汞颗粒物含量。
中国作为汞的生产、使用和排放大国，几乎涉及UNEP《汞排放定量定性估算工具包》中所有的11大类和59小类排放源[6]。但我国现阶段仍然离不开汞能源的开采和使用。
1.1.2 重金属汞的检测技术的研究与发展
现阶段，随着环境污染越来越严重，我国也越来越重视对水体和土壤中汞金属的治理。治理方法和手段不断更新，现在被普遍使用的污水处理方法有化学法、物理沉降法和微生物分解法。其中物理沉淀法和化学法在净化污水的同时，还会对环境造成间接污染。而微生物分解法是利用微生物本身的生理活动，依靠新陈代谢来减少河水中的重金属组分，进而部分恢复水体原生态。此方法不会造成二次污染，并且成本较低，简单易实施。是目前被广泛应用的一种处理水中重金属污染的一种方法。除此以外，联合国呼吁实行无汞及低汞代替技术。鼓励含汞光源、含汞电池、体温计、血压计等用汞行业做到汞资源的回收利用最大化。目前土壤汞污染治理的方法有：物理稀释法、物理化学法、选择性吸附法、生物修复法和矿物修复法。物理稀释法是将被污染土壤和未污染土壤混合以降低土壤中重金属含量[7]，此方法的优点在于简易彻底，缺点在于成本高，耗时长，会对土壤原生态结构造成破坏。物理化学法包括水洗法和水泥固化法，水洗法是用清水灌溉土壤，使重金属离子渗透进入深层土壤或排出土壤外，以降低土壤中重金属离子的方法；水泥固化法是采用水泥来浇筑被污染的土壤，使土壤呈密封状态，为了防止土壤中重金属汞变成汞蒸气而挥发进入空气中，还会在水泥块表面包裹一层沥青[8]。水泥固化法是至今处理土壤汞污染最有效的方法。选择性吸附法是利用纳米材料的高度选择性，有针对性的吸附土壤中的重金属汞以降低土壤中汞污染的方法。此方法的优点是针对性强，耗时短，且环保无二次污染。生物修复法是依靠微生物和植物生长过程中对汞的很好的吸收力，将泥土或水体中的部分汞金属吸收进植物或微生物根系内部[9]，来达到降低土壤和水体中重金属汞含量的方法。矿物修复法将铁铝氧化物和铁锰氧化物添加到土壤中[10]，研究显示，半个月后，泥土中所含有的重金属汞的含量大大减少，此方法对泥土中汞污染处理起到了极大的效果[11]。
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