一种基于液晶平台快速可视化筛选全氟和多氟烷基化合物吸附剂的方法

本发明涉及吸附分离，具体涉及一种基于液晶平台快速可视化筛选全氟和多氟烷基化合物吸附剂的方法。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、全氟和多氟烷基化合物(per/polyfluoroalkyl substances，pfas)，是一系列合成有机氟化物的总称。其最初用于扑灭大型石油火灾，由于其具有极稳定的化学结构且疏油疏水，常应用于制造防水、防污、防油脂等要求的日用品和消防产品。pfas含有高键能的碳氟键，具有难降解性和极高的持久性、迁移性，在水体、沉积物、土壤、大气、生物体中普遍存在，存在潜在的环境和健康风险。

3、为了去除水资源中的pfas，人们开发了多种去除方法，包括光催化降解、生物降解和超声波分解等，然而这些技术存在固有的弱点，例如效率低、能耗高以及需要专用设备等。与此同时，吸附分离法是一种简单高效的去除pfas方法，pfas化合物多带有负电性，可以使用带有强正电性的多孔吸附材料将水中pfas吸附去除。然而，对于吸附剂吸附能力的评价目前还没有快速且便捷的方法，目前，对于吸附剂的评价只是单纯的利用高效液相色谱-质谱联用的方法检测吸附量，这种检测方法需要利用专业的仪器进行检测，检测的时间长且价格昂贵，无法实现即时的筛选。因此，亟需一种低成本快速筛选pfas吸附剂的方法。

技术实现思路

1、为了克服上述问题，本发明提供了一种基于液晶平台快速可视化筛选全氟和多氟烷基化合物吸附剂的方法。

2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面，提供一种基于液晶平台快速可视化筛选全氟和多氟烷基化合物吸附剂的方法，包括：

4、(1)将聚二甲基硅氧烷预聚物(pdms)和聚二甲基硅氧烷固化剂混合后涂覆于清洁的玻璃片上，烘干后获得pdms涂层玻璃片，后将液晶4-氰基-4'戊基联苯(5cb)滴到pdms涂层玻璃片上，后进行加热至各向同性相，后冷却至室温，获得液晶平台；

5、(2)将梯度浓度的pfas溶液滴加至液晶平台上，观察液晶的光学响应，获得液晶平台图像的亮区覆盖率(br)与pfas溶液浓度的标准曲线，同时获得br为2％～5％时，pfas溶液的浓度值c0；

6、(3)将pfas溶液限定为c0，分别向pfas溶液中加入相同质量的不同吸附剂，分别在限定的时间点去除吸附剂，将吸附后的pfas溶液滴加至br为2％～5％时的液晶平台上，观察液晶平台的光学响应；如果在相同的吸附时间下，br变化差异大，br越大表明吸附剂的吸附性能越优；如果在相同的吸附时间下，br变化差异小，通过br与pfas溶液浓度的标准曲线筛选吸附剂。

7、在一种或多种实施方式中，所述pfas为全氟辛酸(pfoa)。

8、在一种或多种实施方式中，步骤(1)中，聚二甲基硅氧烷预聚物(pdms)和聚二甲基硅氧烷固化剂的质量比为10:1。

9、在一种或多种实施方式中，步骤(1)中，将聚二甲基硅氧烷预聚物(pdms)和聚二甲基硅氧烷固化剂混合后去除气泡后涂覆于清洁的玻璃片。

10、在一种或多种实施方式中，步骤(1)中，将聚二甲基硅氧烷预聚物(pdms)和聚二甲基硅氧烷固化剂混合后涂覆于清洁的玻璃片时，涂覆的方式为旋涂，旋涂的转速为1800～2500rpm，优选为2000rpm；旋涂的时间为15～25s，优选为20s。

11、在一种或多种实施方式中，步骤(1)中，玻璃片清洁的方式包括：分别用去离子水和乙醇洗涤3～5次。

12、在一种或多种实施方式中，步骤(1)中，基于25.4×76.2mm的玻璃片，使用1μl的5cb。

13、在一种或多种实施方式中，步骤(1)中，加热至各向同性相的温度为33～38℃，优选为35℃。

14、在一种或多种实施方式中，步骤(2)中，当pfas为全氟辛酸(pfoa)时，梯度浓度为200～450mg/l；获得液晶平台图像的亮区覆盖率(br)与pfas溶液浓度的标准曲线时，pfas溶液浓度分别为：310mg/l、320mg/l、330mg/l、340mg/l和350mg/l。

15、在一种或多种实施方式中，步骤(2)中，观察液晶的光学响应，并拍照记录，由adobe photoshop 2021软件获得液晶平台图像的亮区覆盖率(br)。

16、在一种或多种实施方式中，步骤(3)中，如果在相同的吸附时间下，br变化差异小，此时观察液晶的光学响应，并拍照记录，由adobe photoshop 2021软件获得液晶平台图像的亮区覆盖率(br)，通过br与pfas溶液浓度的标准曲线获得吸附后pfas溶液的浓度，浓度越低表明吸附剂的吸附性能越优。

17、本发明的有益效果在于：

18、(1)图1为本发明中基于液晶平台快速可视化筛选pfas吸附剂的原理：由于特定的表面活性剂分子会影响液晶的排列并导致液晶分子取向的发生变化，进而使得液晶的光学响应也会随之发生从暗和亮的交替；本发明中，因pfas具有疏水尾端和亲水头部，所以可将其视为具有表面活性的物质，当一定浓度的pfas溶液滴加到液晶表面时，溶液中的pfas会聚集到水/液晶界面，pfas的亲水头部留在水溶液中，而疏水尾部则插入液晶界面，从而诱导液晶有序排列，在偏振光源下液晶分子呈现黑暗的图像；当吸附剂对pfas进行吸附以后，水溶液中的pfas浓度将会降低，当吸附剂将pfas的浓度吸附到可以使液晶变暗的浓度及以下时，液晶分子就会混乱排列，此时光学图像为明亮。由于各吸附剂的吸附性能不同，因此溶液中剩余的pfas溶液浓度不同，进而导致液晶图像的亮度也不尽相同，其中液晶图像亮度越亮，代表吸附的pfas越多，吸附剂的吸附能力越强，反之则表明吸附剂的吸附能力越差。

19、本发明利用液晶与pfas溶液浓度的光学响应来进行吸附剂的快速可视化的筛选，筛选出的吸附剂满足在相同的时间内对pfas的吸附量最大。具体的方法包括：先确定br为2～5％时，pfas溶液浓度值c0，将pfas溶液限定为c0，分别向pfas溶液中加入相同质量的吸附剂，分别在限定的时间点去除吸附剂，将吸附后的pfas溶液滴加至br为2％～5％的液晶平台上，观察液晶平台的光学响应；如果在相同的吸附时间下，br变化差异大，此时肉眼可以很明显的观察出哪个液晶平台的br最大，br越大表明吸附剂的吸附性能越优；如果在相同的吸附时间下，br变化差异小，肉眼无法明显观察出明暗度时，由adobe photoshop2021软件获得br，通过br与pfas溶液浓度的标准曲线获得吸附后pfas溶液的浓度，浓度越低表明吸附剂的吸附性能越优。

20、(2)本发明提供的基于液晶平台快速可视化筛选pfas吸附剂的方法，实现在不依赖复杂仪器的情况下，仅仅依靠液晶图像的亮度就能够实现快速定量、简单即时地获得吸附剂对pfas的吸附量，进而实现快速可视化筛选pfas吸附剂，整个过程操作过程简单、成本低廉，有效地解决了现有筛选方法复杂、成本高的问题，为吸附剂的筛选提供了新思路。