DOI:10.1021/acs.est.0c00609
為提高聚合物電紡納米纖維氈（ENMs）在水中平衡無源采樣應用中的性能，研究者將兩種類型的多壁碳納米管（CNTs；含和不含有表面羧基）集成到聚丙烯腈（PAN）和聚苯乙烯（PS）ENMs中。對于11種極性和中等疏水性化合物（-0.07≤logKOW≤3.13），在非混合ENM-CNT系統中，0.8天之內即可達到90％的平衡吸收（t90％值）。ENM-CNTs的吸附容量是純聚合物ENMs的2至50倍，其平衡分配系數（KENM-W值）在1.4至3.1個log單位（L/kg）之間，具體取決于聚合物類型（親水性PAN或疏水性PS）、CNT負載（即，值隨CNT的重量百分比（wt％）而增加）和CNT類型（即，羧基化CNTs復合材料的吸收量更大）。在愛荷華州北部Liberty的Muddy Creek現場部署過程中，最佳ENM-CNTs（含20 wt％羧基化CNTs的PAN）在地表水中產生的莠去津濃度與同一天抓取樣本的分析結果相比有40％的差異。當比較ENM-CNT采樣器結果以獲取在部署后1周內收集的樣本數據時，研究者還觀察到平均百分比差異為30（±20）％。ENM-CNT平衡無源采樣器具有快速、高容量吸收和小材料占用的優點，是傳統集成無源采樣器的一種有前途的替代方法，同時也為大容量抓取采樣提供了便利。
圖1.ENM-CNT復合材料的SEM圖像。顯示了（a，b）COOH-CNT/PAN和（c，d）NF-CNT/PS的圖像。右欄中的圖像對應于（a）和（c）中帶有黑框的區域。箭頭指示由于存在本文中所述的CNTs而導致的特定形態特征。
圖2.（a）莠去津、（b）咖啡因、（c）敵草隆、（d）異丙甲草胺和（e）2,4-D在PAN和CNT修飾PAN的ENMs上的吸收曲線。數據表示每千克墊子中化學物質的克數（g），隨時間的推移累積到ENMs中的質量，通過使用甲醇從ENM中化學提取來量化。由于大多數化合物從甲醇中提取的質量回收率通常很好（對于PAN基ENMs，平均回收率大于80％），因此未對值進行校正以解決回收不完全的問題。實線表示通過非線性最小二乘法回歸分析獲得的一室模型擬合（請參見表S9）。（f）莠去津和敵草隆的logKENM-W（L/kg）值與NF-CNT和COOH-CNT質量負載（wt％）的關系。虛線表示對實驗數據的平均值（p值≤0.02，相關系數（R2值）≥0.97）進行線性回歸（最小二乘法）的結果。實驗條件：pH7（1mM磷酸鹽）；異丙甲草胺的初始濃度：7.1mg/L，莠去津：5.4mg/L，2,4-D：5.5mg/L，咖啡因：4.8mg/L，敵草隆：5.8mg/L；ENM負載量：1.25g/L。實驗是在靜態（無混合）條件下進行的。不確定度代表三個重復實驗的標準偏差。
圖3.（a）PAN基ENMs和（b）PS基ENMs的logKENM-W值的比較。顯示了純聚合物（黑色）以及由NF-CNT（紅色）和COOH-CNT（藍色）制成的復合材料的數據。不確定度表示至少重復三次的標準偏差。注意：帶有星號的化學藥品在PAN和PS上的logKENM-W值小于累積到ENM中的總水量的5％。由于未觀察到統計學上的顯著攝取，因此未報告含PS的2,4-D的LogKENM-W值（參見表S12）。
圖4.通過ENM-CNT復合材料和主動采樣（抓樣分析）測量的愛荷華州北部Liberty的Muddy Creek的莠去津濃度（ng/L）。（a）使用的三種采樣方法在整個采樣期間的箱形圖。箱形圖包括最大值、第75個百分位數、中位數、第25個百分位數和最小值。（b）不同取樣事件中莠去津測量值的時間分布。USGS收集的抓斗樣本的分析結果以白色顯示，而藍色和紅色的結果分別對應于使用COOH-CNT/PAN和NF-CNT/PAN（分別在20 wt％CNT負載下）收集的數據。表S19中提供了所有數據。未顯示使用NF-CNT/PAN于2018年4月11日收集的樣品的結果，因為在現場空白區域檢測到莠去津，表明可能存在污染。
