[发明专利]特异性吸附汞离子PVA/PEI-T纳米纤维膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于汞离子吸附物质的制备领域，特别涉及一种特异性吸附汞离子PVA/PEI-T纳米纤维膜的制备方法。

背景技术

近年来，汞污染防治已经日益成为全球关注的环境热点问题。汞具有持久性、易迁移性和高度的生物富集性，毒性很强，环境中任何形式的汞均可在一定条件下转化为剧毒的甲基汞。而甲基汞能够对人体的中枢神经系统造成不可修复的损伤。水银电解法生产烧碱、含汞矿石和金矿的开采冶炼、燃煤、医院、电池厂、电石乙炔法制取氯乙烯、仪器仪表等生产行业或部门在生产或工作过程中都会向环境排放汞污染物。汞被联合国环境规划署列为全球性污染物，是除了温室气体外唯一一种对全球范围产生影响的化学物质，具有跨国污染的属性，已成为全球广泛关注的环境污染物之一。亚洲国家是汞生产和消费大国，同时也是全球汞污染物排放最严重的地区。据统计，中国、日本、菲律宾、印度、哈萨克斯坦是亚洲国家中汞污染最多的国家。

针对日益严峻的汞污染问题，一些科学家进行了有益的尝试，开发出各种卓有成效的物理或化学方法来脱除各种水体中的汞元素。如活性炭吸附，离子交换树脂吸附，胶体沉淀浮选，乳剂液膜萃取，和光致还原等等。但是，其中的大多数方法都需要用到很高的能量或大量的化学试剂，于实际应用中仍显现出诸多不足。吸附，尤其是用多孔及高比表面积材料进行吸附可能会是处理汞污染问题中比较高效和低成本的一种途径。活性炭能够吸附水体中的汞离子，但是这种材料的对汞的吸附效率低、且缺乏特异性。静电纺纳米纤维膜有着比表面积大，孔隙率高，机械强度好等优点。在我们之前的工作中曾利用这种纤维膜作为贵金属纳米颗粒的良好载体，既保存了贵金属的高活性，又大大增强了其可回收性和重复利用性。我们可以预见其在其它应用领域一定大有可为。

近年来科学家们发现核酸中的胸腺嘧啶碱基（Thymine，亦简写为T）能特异性的与Hg²⁺形成配合物T-Hg-T，一些基于富含T的寡聚脱氧核糖核酸（DNA）的Hg²⁺探针相继被开发出来，并取得了很好的效果。然而DNA合成成本高，稳定性较差，因此有必要进一步发展高效、稳定、廉价的Hg²⁺吸附材料和探针。上官棣华等人通过共聚合以及表面接枝聚合的方法合成了直接修饰有T的高分子树脂微球，这些微球能快速吸附水溶液中的Hg²⁺（Shangguan,D.,et al,Talanta2009,78,253-258.）。李玉良等人在聚对苯衍生物上接枝胸腺嘧啶并通过其荧光猝灭来特异性检测水溶液中的Hg²⁺（Li,Y.,et al,Macromolecular Rapid Communications2008,29,1588-1592.）。在环境治理中仅检测还远远不够，我们期望接枝胸腺嘧啶的材料能特异性的大量吸附汞离子，实现水体中Hg²⁺的去除。

静电纺丝技术作为一种方便、低成本的纳米纤维制备技术，可以制备比表面积大、孔隙率高的纳米纤维材料，近年来被广泛应用于传感器、催化剂、过滤材料等领域。聚乙烯亚胺（PEI）是一种高度支化带大量氨基的高分子聚电解质材料，表面可接枝进行功能化，常被用于基因转染载体、自组装高分子和组织工程支架等领域。因此，我们期望以PEI为主体高分子材料的静电纺纳米纤维膜为模版，将胸腺嘧啶接枝其上，试图以这种富含胸腺嘧啶的纤维材料实现对水溶液中汞离子的高度选择性吸附，并使该材料具备一定的重复使用性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种特异性吸附汞离子PVA/PEI-T纳米纤维膜的制备方法，该发明制备过程简单，易于操作，所用的聚合物均为环境友好的高分子材料；本发明所制备的静电纺纳米纤维中胸腺嘧啶接枝量高，能够牢固的结合汞离子而不至脱附造成再次污染。纤维材料水稳定性良好，回收方便，重复利用率高；本发明所制备的PVA/PEI-T纳米纤维膜对水溶液中的汞离子具有高度的吸附特异性，且PEI中大量的氨基提供了多基团接枝的可能性，具备多向特异性功能化的潜力。

本发明的一种特异性吸附汞离子PVA/PEI-T纳米纤维膜的制备方法，包括：

（1）将胸腺嘧啶-1-乙酸溶于40～45℃水中，加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐EDC，搅拌2～5h，得溶液，然后加入聚乙烯亚胺PEI溶液，搅拌反应12-24h，反应溶液由无色变为浅黄色，透析、冷冻干燥，得到胸腺嘧啶接枝的聚乙烯亚胺PEI-T，其中胸腺嘧啶-1-乙酸和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐EDC的重量比为1:5；