[发明专利]亲水性磁性埃洛石表面分子印迹纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种亲水性磁性埃洛石表面分子印迹纳米复合材料的制备方法，属环境功能材料制备技术领域。

背景技术

近年来，抗生素在农业、畜牧业、疾病治疗等领域中被广泛使用，然而大量的抗生素随着排泄物转移到自然环境中，抗生素对生态系统能够产生不利影响且其在生物体内积累能够抑制生物的生长。磺胺类抗生素是一种常见的合成的抗生素，多以对位氨基苯磺酰胺为基本结构的衍生物，抗菌谱广。由于其在通过生物积累转移到人体内，可使人类器官受损、人的抗药性增加以及产生某些慢性中毒现象。常见的磺胺类抗生素有磺胺嘧啶、磺胺二甲嘧啶、磺胺甲噻唑、磺胺异恶唑、磺胺间甲氧嘧啶等。目前已证实由此类药物引起的人体组织损害超过95%是磺胺二甲基嘧啶造成的。因此，建立和发展有效和经济处理手段来选择性移除环境中磺胺类抗生素残留是极为迫切的。

分子印迹聚合物是通过分子印迹技术合成的对特定目标分子(模板分子)及其结构类似物具有特异性识别和选择性吸附的聚合物。分子印迹技术是制备具有分子识别能力聚合物的新技术，具有构-效预定性、特异识别性和广泛实用性，并且具有良好稳定性。分子印迹聚合物广泛应用于固相萃取、分离、酶催化、传感器等领域。近年来，越来越多的科研工作者致力于分子印迹技术在水环境中治理中的应用。

由于传统MIPs制备方法得到块状的高度交联刚性聚合物，造成活性识别位点包埋于MIPs的本体中，因此存在一些的缺陷，诸如：活性位点包埋过深，传质和电荷传递的动力学速率慢，吸附-脱附的动力学性能不理想；无法彻底洗脱模板分子，聚合物网络内部的活性位点利用率低；机械性能差，粒度分布宽且形态不规整，再生性能差。为了较好地解决传统分子印迹技术的缺陷，表面分子印迹技术作为一种新的印迹技术应运而生，即在载体表面发生印迹聚合反应，从而使几乎所有的结合位点分布在具有良好可接近性的表面的技术。然而，目前常用的表面印迹技术仍有许多技术难题：如难以实现聚合层包覆均匀和厚度控制在纳米级等。磁敏性材料作为支架材料制备磁性表面印迹聚合物，同时拥有磁性和选择性双功能。在外加磁场存在下，磁性表面印迹聚合物捕获目标物后不需要离心或过滤，可以实现快速分离。磁性纳米粒子和表面分子印迹技术相结合极大地拓展了应用范围。

自由基聚合是分子印迹聚合物最常用的制备手段，然而传统自由基聚合存在内在的特性：引发速率慢、快速的链增长和终止反应，聚合产物分子量和分子量分布、链段序列、端基以及聚合物结构难以控制。制备的分子印迹聚合物结构不均一，给识别位点造成许多不利影响，诸如：位点分布不均一，亲和力和选择性低，从而严重影响吸附剂的性能。为克服传统自由基聚合的缺陷，可控/“活性”自由基聚合便应运而生，尤其是原子转移自由基聚合 (ATRP)，已成为当今材料科学的研究热点。ATRP分子设计能力强，反应条件温和，可在低温下引发反应，也可以在水溶液中进行，甚至可以在少量氧存在下进行。因此，ATRP可应用于表面分子印迹聚合物的制备。目前多数分子印迹聚合物的制备和应用都局限在有机溶剂中进行，并且天然的识别系统以及分子印迹聚合物所面临的实际应用环境则多是水性体系，因此，研制亲水性表面印迹聚合物应用于水相识别体系是分子印迹技术的研究目标。

发明内容

本发明的目的是提供一种亲水性磁性埃洛石表面分子印迹纳米复合材料的制备方法，用该方法制备的亲水性磁性埃洛石表面分子印迹纳米复合材料对水环境中磺胺二甲基嘧啶的选择性识别和快速磁分离。

本发明亲水性磁性埃洛石表面分子印迹纳米复合材料的制备方法，是通过浸渍法将铁离子引入埃洛石纳米管内腔和外表面，乙二醇参与下，高温还原法制备磁性埃洛石；利用γ-氨丙基三乙氧基硅烷对磁性埃洛石的表面进行氨基化修饰，并与2-溴异丁酰溴发生酰胺化反应，将原子转移自由基聚合引发剂接枝于磁性埃洛石表面；以甲醇和水为溶剂，磺胺二甲基嘧啶为模板分子，4-乙烯基吡啶为功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，溴化亚铜和N,N,N',N',N''-五甲基二乙烯三胺为催化剂，接枝溴的磁性埃洛石引发原子转移自由基聚合，表面接枝印迹聚合物，索氏抽提去除模板分子，得到磁性埃洛石表面印迹纳米复合材料；以甲醇和水为溶剂，溴化亚铜和N,N,N',N',N''-五甲基二乙烯三胺为催化剂，磁性埃洛石表面印迹纳米复合材料表面引发聚合，接枝上亲水性聚甲基丙烯酸羟乙酯刷子，得到亲水性磁性埃洛石表面印迹纳米复合材料。通过多种表征手段，揭示亲水性磁性埃洛石表面印迹纳米复合材料的物理化学特性。通过多种表征手段，揭示材料的形貌以及尺寸等参数。利用吸附实验研究所得材料对水环境中磺胺二甲基嘧啶的选择性去除性能。