[发明专利]磁性金属离子表面印迹聚合物的制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物的制备方法，尤其涉及一种磁性金属离子表面印迹聚合物的制备方法和应用。

背景技术

随着工业化进程的加剧，越来越多的污染物特别是重金属被排放到土壤及水体中，导致农产品的产量和质量下降，水生生态体系遭到严重破坏，并通过食物链最终对人类健康产生重大影响，由此可见，对金属离子的除去显得十分重要。目前，金属离子的去除方法有化学沉降，膜分离，离子交换树脂等，但是这些方法特异性低，成本较高，不能对特定金属离子的回收与利用，此外在环境样品中，目标化合物的浓度较低，又有大量杂质和干扰物存在。因此，开发一种对目标化合物具有特异选择性强，成本低，重复使用高，后处理简单，抗干扰能力强的吸附剂是十分重要的。

分子印迹技术(Molecular Imprinting Technique也称模板印迹技术)是从仿生角度采用人工方法制备对特定分子模板分子具有专一性结合作用的聚合物的技术。这种聚合物被称为分子印迹聚合物MIPs已在分离提纯、废水处理、免疫分析、酶模拟、以及生物模拟传感器等方面显示出广泛的应用前景成为新世纪最具潜力的新材料之一。MIPs也因此被誉为万能的分子识别材料。

离子印迹聚合物和分子印迹聚合物具有相似的原理，目前，金属离子印迹聚合物(MIP)的制备技术及性能研究受到各国学者的广泛关注和高度重视。但是，现有的金属离子印迹聚合物的制备和后处理都比较繁琐，吸附容量低，形状不规整，选择性低和成本高。磁性粒子印迹聚合物的兴起，将大大拓展了印迹聚合物的实际应用范围，简化了聚合物的后处理繁琐的步骤，因为与传统金 属离子印迹聚合物相比，磁性金属印迹聚合物具有很强的磁性，在外加磁力的条件下，金属离子印迹聚合物会产生定向迁移，因此金属离子印迹聚合物在吸附废水中的重金属具有吸附量大，抗干扰能力强，重复使用次数多，后处理方便等优点。此外，传统的离子印迹聚合物的合成一般是通过本体聚合[Harkins D A，Schweitzer G K.Sep.Purif.Technol.，1991，26：345-354]、悬浮聚合[Nguyen T H，Dong-K Y，Dukjoon K.J.Hazard Mater.，173，2010：462-467]、乳液聚合[Yoshifumi K，Hirofumi S，Hidoto S，et al.Bull.Chem.Soc.Jpn.，1996，69：125-130]等，这些方法制备步骤比较繁琐，产率较低，模板离子被包埋较深，传质速度较慢，吸附量低等，而用本发明的方法制备的磁性离子印迹聚合物具有制备简单，比表面积大，后处理简单，传质速度快，产率高等优点，非常适合应用于废水中重金属的回收利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁性金属离子表面印迹聚合物的制备方法和应用，具有形状规整、尺寸可控、比表面积大，后处理方便，重复使用性高等优点，拓展了离子印迹聚合物的制备方法和使用范围。

本发明是这样来实现的，其特征是方法步骤为：

1)采用共沉淀法制备纳米四氧化三铁磁流体；是将FeCl₃·6H₂O和FeSO₄·7H₂O至于三口瓶中，再加去离子水溶解，通氮气除氧，升温80～100℃，一次性加入氨水溶液反应1～4个小时；加入的FeSO₄·7H₂O∶FeCl₃·6H₂O∶NH₃·H₂O的摩尔比为1∶2～3∶8～10；反应结束后，磁场分离，然后将废液倒掉，用去离子水清洗四氧化三铁直至中性，最终得到四氧化三铁磁流体；

2)将模板离子与含氮的硅烷化试剂，进行模板离子的预组装，得到模板离子与含氮的硅烷化的预组装溶液；其中模板离子与含氮的硅烷化试剂的摩尔 比为1∶4～10，模板离子与溶剂的体积比为1g∶50-100mL；

3)将活化好的四氧化三铁加到模板离子与含氮的硅烷化的预组装溶液(离子印迹的预聚合溶液)中，0.2g/L的四氧化三铁磁流体的体积与模板离子与含氮的硅烷化的预组装溶液的体积比为1∶1～4，通氮气除氧，以280～700r/min转度搅拌，升温至50-100℃进行聚合反应24h，得到含有模板离子的磁性离子印迹聚合物；

4)反应结束后，磁场分离步骤3)得到的含有模板离子的磁性离子印迹聚合物，用洗脱剂反复洗涤模板离子，直至洗脱液用火焰原子吸收光谱检测不到金属离子，再用去离子水反复清洗，磁场分离后50～80℃干燥直至恒重，得到磁性离子印迹聚合物。