[发明专利]石墨烯涂层不锈钢阵列微孔纤维及其制备方法

说明书

本发明提供一种石墨烯涂层不锈钢阵列微孔纤维及其制备方法，(1)不锈钢纤维表面清洁；(2)不锈钢纤维的末端在电化学蚀刻系统中蚀刻；(3)将预处理后的不锈钢纤维浸入偶联剂/MeOH混合溶液中，然后烘箱干燥，得到SSF‑NH2；(4)再将SSF‑NH2浸入氧化石墨烯分散液中，然后在室温下干燥；(5)将(3)、(4)两步操作重复多次以获得均匀的涂层；(6)将氧化石墨烯包覆的纤维脱氧，得到石墨烯包覆的SSF即SSF‑GF。本发明采用四电极金属蚀刻装置使不锈钢纤维表面产生致密的阵列微孔，为反应提供更多锚点，使得涂层材料可以在微孔中化学键合，更加提高了涂层的耐用性，减少了摩擦损失。采用化学键合的方法，利用化学键的稳定性来增强石墨烯涂层的稳定性。

技术领域

本发明提供一种石墨烯涂层不锈钢阵列微孔纤维及其制备方法，属于污水处理技术领域。

背景技术

环境中的持久性有机污染物(persistent organic pollutants,POPs)是指人类合成的，具有持久性、生物积累性、生物毒性，并且能够进行长距离迁移的物质。又由于这些物质在环境中发现相对较晚，故又被称为“新型环境污染物”。POPs具有以下四种特征：(1)高毒性：POPs对生物体的运作情况和健康状态造成严重影响产生致癌、致畸形、致突变的三致效应；(2)持久性：主要体现在该物质于自然界中的降解难度、降解程度，这个特点也是促使要对持久性有机污染物进行迁移的重要原因之一；(3)生物积累性：POPs具有憎水性和亲油性等方面的属性，这种属性使得它们更容易在脂肪类物质中进行积累，久而久之会使得污染浓度比例增大；(4)强流动性：POPs能通过蒸发作用在大气环境中远距离迁移，导致全球范围的污染与传播。

多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)属于POPs，同样具有致癌、致畸、致突变的特性，且由于PAHs长期滞留并对环境和公共卫生造成潜在危害，已被环保署(EPA)和世界卫生组织(WHO)认为是优先污染物。然而，由于多环芳烃的微量和环境样品的复杂性，多环芳烃的测定通常比较困难。因此，开发一种高效的富集和检测痕量多环芳烃的前处理方法具有重要意义。

固相微萃取(Solid-phase microextraction,SPME)SPME在1990年由Pawliszyn和Arthur在SPE的基础上提出，由于其具有易于操作、无溶剂、易与GC、HPLC、MS等联用等优点而受到广泛关注。该技术是一种基于分析物和涂层材料之间反复分配，分析物从溶剂中解吸出来并被涂层吸附的过程。然而传统的二氧化硅纤维易碎且平均使用寿命短，因此已经探索了其他材料来替代二氧化硅纤维，例如不锈钢丝(SSF)、铜丝、钛丝、铂丝、银丝等。

如今，金属纤维普遍以两种方式应用于固相微萃取。第一种为将金属纤维作为吸附剂，仅用蚀刻液处理，改变金属纤维的表面结构，制造新的吸附位点。有研究采用氢氟酸蚀刻SS，在其表面形成多孔花状结构并且对PAHs产生高亲和力。第二种方式考虑到蚀刻纤维的局限性，采用物理或化学方法将不同的涂层固定在金属纤维上，从而拓展了金属纤维的应用领域。由于特定涂层对所选分析物具有优异的吸附选择性和出色的吸附性能，许多材料已被应用于构建具有高吸附能力的涂层，例如多孔聚合物材料、分子印迹聚合物材料、碳材料、金属有机骨架材料等。

石墨烯作为一种蜂窝状二维平面结构材料，由于其优异的电子、光学和机械性能，使其在传感器、锂电池和纳米复合材料等多个领域具有广阔的应用前景。石墨烯具有的比表面积大、离域π电子丰富等特点使得其拥有大量吸附位点并且和与芳香族化合物产生强π-π共轭。此外，卓越的热稳定性、化学稳定性和机械稳定性使石墨烯成为一种耐用的SPME涂层材料。已有研究将石墨烯用作SPME涂层材料来检测水中的残留药物，表现出良好的吸附效果。

然而，无论是通过物理或化学方法将涂层固定在金属纤维上，在实验过程中涂层与注射器内壁的反复摩擦都会导致涂层脱落。因此研究一种提高纤维的耐用性和坚固性的方法十分关键。