论文部分内容阅读
氨氮是我国水质污染物总量控制指标,同时还是水环境质量的重要监测指标,氨氮含量常用于判断水质质量和水体受污染程度。目前监测水体中的氨氮主要采用分光光度法和氨气敏电极法,而前者存在需要对水样进行预处理、显色剂有较大毒性等缺点,后者检测条件较为严格,需用强碱调节水样的pH值,电极疏水性氨透气膜易被污染。电极法检测氨氮由于具有结构简单、响应速度快、检测适应范围广等优点,近年来发展迅速,但传统液接式离子选择性电极存在内参比溶液渗漏、电极难以微型化等弊端。全固态离子选择性电极使用固态接触层代替传统电极中的内参比溶液,电极结构简单,易于微型化,便于氨氮的原位实时监测,具有良好的应用前景,但研发尚处于起步阶段。本文采用电化学法分别制备了聚苯胺和聚(3,4-乙烯二氧噻吩)固态接触层,代替内参比溶液实现离子/电子转导,结合优化的PVC敏感膜配方,成功研制出两种PVC敏感膜全固态铵离子选择性电极。通过紫外光聚合法合成了以聚丙烯酸丁酯为基材的新型铵离子敏感膜,并对固态接触层和铵离子敏感膜的制备工艺进行优化,成功研制出无外加增塑剂的全固态铵离子选择性电极。对所研制的全固态铵离子选择性电极的性能进行了评价和分析。本论文得出的主要结论如下:1、制备了以聚苯胺(PANI)为固态接触层的全固态铵离子选择性电极,探讨了固态接触层制备条件对电极响应性能的影响。扫描圈数和扫描电位均会影响生成的聚苯胺接触层的厚度、表面状态和氧化程度从而影响电极响应性能。聚苯胺的最佳制备工艺为:以1 mol/L盐酸苯胺溶液作为电解液,扫描速率为50 mV/s,扫描电位为0.45~0.90 V,扫描15圈。2、优化了塑化PVC铵离子敏感膜溶液配方,探讨了增塑剂、离子添加剂的选取及添加量对电极响应性能的影响。增塑剂可以降低PVC玻璃化温度,增加聚合物敏感膜内部离子载体的流动性,而离子添加剂的加入可以增加敏感膜上的阴离子位点,使得电极能够更灵敏的检测铵离子。PVC敏感膜的增塑剂为DOS、加入量为132 mg/mL,离子添加剂KTCl PB的加入量为0.33 mg。3、制备了以聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)为固态接触层的全固态铵离子选择性电极,探讨了固态接触层制备条件对电极响应性能的影响。无模板法可以自发形成致密的有序结构,掺杂剂使聚合物长链充分展开,聚合电位影响聚合物链反应速率、表面分布状态和氧化程度,而聚合电量与固态接触层膜厚密切相关。聚(3,4-乙烯二氧噻吩)的最佳制备工艺为:0.01 mol/L EDOT与0.1 mol/L Na2SO4的混合溶液作为电解液,聚合电位为1.0 V,聚合电量为0.02 C。4、PANI和PEDOT固态接触层PVC敏感膜全固态铵离子选择性电极,均在10-1~10-55 mol/L范围内呈能斯特响应,响应斜率分别为59.30 mV/dec和56.08mV/dec,检测下限分别为10-5.35.3 mol/L和10-5.65.6 mol/L。PEDOT较PANI具有更小的电阻和较大的低频电容,电极具有更好的稳定性和更快的响应速度。与商用电极相比,二者均消除了Na+的干扰并提高了K+的选择性,电极检测结果准确、性能稳定。5、制备了聚丙烯酸丁酯敏感膜全固态铵离子选择性电极,以丙烯酸丁酯作为聚合单体,聚苯胺作为固态接触层,电极取得最优响应性能。电极的响应范围为10-1~10-55 mol/L,响应斜率为55.53 mV/dec,检测下限可达10-5.35.3 mol/L,对常见离子有优良的抗干扰性。无需外添加增塑剂,电极具有较好的稳定性和重现性。所研制的全固态铵离子选择性电极结构简单紧凑、性能稳定、使用寿命长、选择性好,在市政污水、工业废水等环境监测领域中有着广泛的应用前景。