[发明专利]一种磁性碳纳米管表面印迹温敏吸附剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁性碳纳米管表面印迹温敏吸附剂的制备方法，属环境功能材料制备技术领域。

 

背景技术

分子印迹技术是制备具有分子识别能力聚合物的方法。该方法首先通过功能单体和模板分子之间的共价或非共价键形成配合物，然后加入交联剂和引发剂将形成的配合物固定化，最后通过一些萃取手段将模板分子洗脱，获得的分子印迹聚合物（MIPs）中就留下了对模板分子具有专一识别作用的结合位点。表面印迹技术通过将印迹位点接枝或者包覆在固体材料表面，可以显著提高MIPs对模板分子的吸附容量和吸附动力学性能。碳纳米管(CNTs)作为21世纪的新材料之一，具有比表面积大、机械性能好且制备方法简单、环保等优点，是理想的表面印迹载体材料。

近年来，为了提高吸附分离效率，磁性载体分离技术被运用于分子印迹技术中。如四氧化三铁(Fe₃O₄) 纳米粒子具有较强的超顺磁性，在其表面包覆印迹聚合物后获得的磁性印迹聚合物(MMIPs)可实现在外磁场辅助下选择性的将目标污染物与母液迅速分离。同时，为了便于控制吸附过程，基于聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)的温敏聚合物也被引入了分子印迹体系，制备温敏印迹聚合物(TMIPs)。PNIPAM由于其大分子侧链上同时具有亲水性的酰胺基一CONH一和疏水性的异丙基一CH(CH₃)₂，在32℃附近会出现体积膨胀-收缩，从而发生由亲水性转变为疏水性的相转变。

氯酚(CP)是典型的持久性环境污染物，其中的2,4,5-三氯苯酚(2,4,5-TCP)主要的来源是木材防腐剂、杀虫剂以及杀菌剂。由于其持久的生物毒性和累积性，TCP已被美国环境保护组织列入“持久性、生物累积性、毒性”化学品清单。为此，选择性识别与分离环境水体中TCP很有必要。

   

发明内容

本发明首先通过湿法浸渍技术制备了磁性碳纳米管(MCNTs)，接着利用3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MPS)对MCNTs进行了乙烯基改性。随后以制得的乙烯基改性磁性碳纳米管为基质材料，2,4,5-三氯苯酚(2,4,5-TCP)为模板分子，丙烯酰胺(AM)为功能单体，N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)为温敏型单体，乙二醇二(甲基丙烯酸)酯(EGDMA)为交联剂，2,2'-偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂，通过自由基热聚合过程制备了一种磁性碳纳米管表面印迹温敏吸附剂(TMNIPs)，表征了磁性、形貌等理化性能，并考查了TMNIPs选择性识别和释放2,4,5-TCP的能力。

 

本发明采用的技术方案是：

（1）制备磁性碳纳米管粒子(MCNTs)：

将碳纳米管、Fe(NO₃)₃·9H₂O和无水乙醇按照(0.22-0.25)：(0.1-0.2)：(10-12) (g/g/ml)的比例混合并超声分散1.0-1.5 h。随后，上述分散液在60-65℃下加热12-14 h以获得干燥的粉末。接着，将获得的干燥粉末放入瓷舟并转入管式炉内，在丙酸蒸汽保护和80-85℃下加热15-18 h，随后粉末继续在管式炉中在氮气保护和260-280℃下加热2.0-2.5 h。最后，冷却的黑色产物转入烧杯中并用蒸馏水和无水乙醇洗涤3次，洗涤后产物用Nd-Fe-B永久磁铁回收，并置于真空干燥箱中55-60 ℃干燥6.0-8.0 h，得到磁性碳纳米管粒子。

（2）磁性碳纳米管粒子的乙烯基改性：

按照每克磁性碳纳米管粒子分散于165-180 ml乙醇和水混合液的比例制备磁性碳纳米管粒子的分散液，并在室温下搅拌0.5-1.0 h，其中乙醇和水混合液中乙醇和水的体积比为(8-10)：1。随后，按照每克磁性碳纳米管粒子加入3.5-5.0 ml MPS的比例，在上述磁性碳纳米管粒子的分散液中加入MPS，同时获得的混合溶液在40-45 ℃下搅拌24 h。接着，乙烯基改性的磁性碳纳米管粒子用Nd-Fe-B永久磁铁回收，并用蒸馏水和无水乙醇洗涤3次。洗涤后，乙烯基改性的磁性碳纳米管粒子置于真空干燥箱中50-55 ℃干燥5.0-6.0 h。

（3）磁性碳纳米管表面印迹温敏吸附剂的制备：