Synthesis and evaluation of nanohybrid materials for the solid-phase extraction of trace organic pollutants from water samples

Abstract

Grafén har blitt produsert gjennom løsemiddelassistert eksfoliering ved bruk av ultralydprobe. Gjennom kovalent funksjonalisering av grafénoverflaten gjennom Bingelreaksjonen har tre nye organiske nanohybrider funksjonalisert med etylmalonat-derivativer som inneholder henholdsvis oktadekyl (C18), N-etylpyrrolidyl (PYR) og trietylenglykol monoetyl eter (TEG). Nanohybriden N-C18 har blitt evaluert sammen med eksfoliert grafén til bruk som sorbentmateriale til fastfaseekstraksjonen av organiske sporstoffer av typene parabener, bensofenoner, bisfenoler og polyfluorinerte forbindelser i vannprøver. Vannprøver på 1mL med en konsentrasjon på 10 ppb av de organiske sporstoffene ble preparert, og deretter tilsatt 50 µL av sorbentmaterialet etterfulgt av en blandingsprosess for å adsorbere analyttene på sorbentmaterialet. Sorbentmaterialet ble filtrert av og deretter eluert med metanol. Konsentrasjonen av sporstoffer i eluenten ble analysert med LC-MS og sammenliknet med prøver som inneholdt de teoretiske maksimale konsentrasjonene for å fastslå det relative utbyttet fra ekstraksjonsprosessen. De relative utbyttene ble sammenliknet for å fastslå trender i sorbentmaterialenes adsorpsjonsevner. Resultatene indikerer at materialet har evnen til å adsorbere et bredt spekter av analytter. En endring i adsorpsjonsprofilen til N-C18 hybriden sammenliknet med eksfoliert grafén har også blitt observert. Disse resultatene kan indikere at organiske nanohybrider kan egne seg som sorbentmaterialer til bruk i fastfaseekstraksjonen av organiske sporstoffer i vannprøver.

Dispersed graphene sheets have been produced by solvent-exfoliation of graphite in N-methyl pyrrolidone using a tip sonication method. Three novel, ethyl malonate derivatives bearing octadecyl (C18), triethylene glycol monoethyl ether (TEG) and N-ethyl pyrrolidone (PYR), respectively, have been synthesized and characterized. Using the Bingel reaction, the surface of the dispersed graphene has been decorated with the malonate derivatives through cyclopropanation, yielding a malonate-substituted graphene nanohybrid product. The C18 nanohybrid has been evaluated alongside unfunctionalized solvent-exfoliated graphene as a potential sorbent material to be used for the solid-phase extraction of trace organic impurities present in water samples through targeted LC-MS analysis. Targeted analyses have been performed on water samples spiked with 10 ppb of several different categories of emerging organic pollutants comprised of parabens, benzophenones, bisphenols and perfluorinated compounds. The samples were then compared to samples containing the theoretical maximum recovery in order to gauge the relative recoveries of the different organic species. As well as showing the ability to adsorb organic analytes, the observed recoveries for the novel nanohybrid materials indicate an alteration of the adsorption properties of the nanohybrid compared to that of exfoliated graphene, indicating that nanohybrid materials could be utilized as sorbent material for solid-phase extraction of trace organic pollutants in water samples.