超声空化辅助磷酸浸渍一步炭化制备高活性铅检测传感器

作     者：宋明楠 申毅锋 李坤权 SONG Mingnan;SHEN Yifeng;LI Kunquan

作者机构：南京农业大学工学院南京210031 

出 版 物：《环境工程学报》 (Chinese Journal of Environmental Engineering)

年 卷 期：2023年第17卷第9期

页      面：3079-3087页

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(21876086) 江苏省重点研发计划资助项目(BE2018708) 

主　　题：棉秆炭材料 超声空化 磷酸浸渍 高温热解炭化 铅检测传感器 

摘      要：开发高活性且低成本的生物质炭电极是构建高性能铅检测传感器的关键。以棉秆生物质为原料,通过超声空化辅助磷酸浸渍一步炭化法制备了系列不同温度(700、750、800、850℃)的磷改性棉秆炭,并基于这些炭材料构建了铅检测传感器。采用N2吸脱附、傅里叶红外光谱、X射线光电子能谱、循环伏安、电化学阻抗谱和阳极溶出差分脉冲伏安法等现代表征及测试技术,探究了不同温度棉秆炭电极孔径分布、化学结构、高活性磷官能团与电化学传感性能间的构效关系。结果表明,800℃制备的棉秆炭(CS800)具有更高的比表面积(1338.57 m^(2)·g^(−1))和优异的微/中孔分级结构以及更丰富的C3-P-O基团。这些独特优势的结合使CS800电极具有更高的电化学活性、最低的电子转移电阻(Rct)和更强的Pb^(2+)富集能力。在1~100和100~1000μg·L^(−1)Pb^(2+)浓度下,CS800检测峰电流与Pb^(2+)浓度呈现良好的线性关系,线性相关系数R2均高达0.97,检测限灵敏度低至1.38μg·L^(−1),并表现出优异的重复性、重现性、稳定性及抗干扰性,表明所制备的棉秆炭电极对Pb^(2+)检测具有巨大的应用潜力。本研究结果可为该类生物质炭电极的制备及性能优化提供参考,也可为重金属监测及分析提供技术支持。