[发明专利]一种SiO2/GO表面金属离子印迹聚合物的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于材料制备和分离技术领域，具体涉及运用可逆加成-断裂链转移聚合技术合成一种SiO₂/GO表面金属离子印迹聚合物的制备方法及该印迹聚合物的应用 。

背景技术

随着人类社会的快速发展，特别是工业生产的高速发展，大量的污染物以不同的形式进入了水体，超出了水体的自净能力，使得水体生态系统的功能遭到破坏，引起水体生态环境的恶化。重金属是导致水环境污染的主要污染物之一。它们通过各种途径侵入生物圈并在生物体内蓄积，不易在代谢过程中排出体外，严重危及人体健康，并且其污染的土壤、水源基体复杂、多种金属离子共存，不易分离。因此，开发利用选择性好、吸附容量高、操作简单、再生性能优良的吸附剂，建立特异性重金属离子吸附方法具有重要意义。

分子印迹技术（MIT）是模拟自然界中如：酶与底物、抗体与抗原等的分子识别作用，以目标分子为模板分子制备对该分子具有特异选择性识别功能的高分子印迹聚合物（Molecularly Imprinted Polymers，MIPs）的一种技术。随着MIT的不断发展和在诸多领域的广泛应用，人们越来越深刻地认识到MIT的重要性。然而，MIT作为一种新兴技术，还存在一些需要深入研究和亟待解决的难题。其一，传统方法制得的分子印迹聚合物的识别位点大都包埋在高交联密度的聚合物微粒内部，不易将模板彻底地从聚合物本体中除去，从而降低了印迹效率；另外，大量的识别位点处于交链聚合物内部，介质内部扩散阻力大，目标分子难以接近，从而成为无效识别位点，这样大大降低了目标分子在材料表面的传输速率和识别能力，不具有实时敏感性。其二，传统MIP的制备方法存在着副反应产物多及反应过程不易控制等问题，如何得到具有超薄、吸附位点分布均匀的分子印迹聚合物层是 MIT的关键。其三，在分子印迹复合材料的制备过程中，分子印迹复合材料的性能取决于功能性基质材料，因此如何选择适合的基质材料，是研究分子印迹复合材料性能的基础。因此，通过改善合成方法，控制合成条件，合成不易包埋、吸附位点分布均匀、传质速率快、吸附量大、选择性好以及物理化学性能优良的分子印迹聚合物尤为重要。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明通过可逆加成-断裂链转移（RAFT）聚合合成的选择性分离金属离子的氧化石墨烯复合材料，利用RAFT聚合的活性/可控特征，与传统的自由基聚合方式相比，该技术不仅实现聚合物层的可控性，而且可以得到厚度均一可控和吸附位点分布均匀的聚合物薄层，实现对传统离子印迹材料制备方法的一个突破，氧化石墨烯复合材料呈现二维平面结构，超大比表面积，机械和热稳定性能好以及表面离子印迹技术的高选择性、特异识别性等优点，将其用于水中金属污染物的吸附分离中，并研究了对金属离子的选择性分离性能，为离子印迹聚合物选择性固相萃取环境样品中的金属污染物提供新的技术手段。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种SiO₂/GO表面金属离子印迹聚合物的制备方法，按如下步骤进行：

Ⅰ、二氧化硅/氧化石墨烯（SiO₂/GO）的制备：

将氧化石墨烯水溶液和聚乙烯吡咯烷酮加至乙醇中，室温下，磁力搅拌反应30~90 min，得溶液A；然后，在溶液A中加入浓氨水和正硅酸四乙酯，超声30~90 min，得溶液B；最后，将溶液B置于30~50℃水浴中，反应12~36 h结束后，洗涤，干燥，得到二氧化硅/氧化石墨烯（SiO₂/GO）；

Ⅱ、功能化氧化石墨烯复合材料（SiO₂/GO-MPS）的制备：

将步骤（Ⅰ）制得的二氧化硅/氧化石墨烯（SiO₂/GO）与硅烷偶联剂加至乙醇中，于30~50℃水浴中反应8~24h，反应结束后，洗涤，干燥,得到功能化氧化石墨烯复合材料SiO₂/GO-MPS；

Ⅲ、可逆加成-断裂链转移剂（CTA）的制备：

在三口烧瓶中，加入苯基溴化镁溶液，置于油浴中预热，通氮气；然后，逐滴加入二硫化碳，维持油浴温度，无氧条件下预反应；加入苄基溴，并升温至反应温度继续反应；反应结束后，冷却至室温，加入冰水，随后用石油醚萃取，收集有机相，得链转移剂CTA；

、SiO₂/GO表面金属离子印迹聚合物的制备：