[发明专利]一种磁性石墨烯表面分子印迹纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及环保功能材料制备技术领域，具体涉及一种磁性石墨烯表面分子印迹纳米复合材料的制备方法。

背景技术

目前，可采用活性炭、复合金属氧化物、含特殊的官能团能的聚合物对水体中有害物质的进行吸附。但上述方法均不能对单一的有害物质进行特异性吸附与分离，而分子印迹技术作为制备具有分子识别功能的聚合物的新技术，因其具有对水体中有害物质特异性选择分离的优势成为了一项有良好应用前景的水污染处理新技术。然而，传统的分子印迹聚合物的制备方法存在制备时间长、制备步骤繁琐、印迹聚合物内没有足够的结合位点，印迹孔穴被包埋使模板分子难以洗脱、扩散阻力阻碍印迹聚合物对模板分子的特异结合和识别性能，后续加工使印迹孔穴遭到破坏等缺点。表面印迹技术的出现弥补传统分子印迹技术的缺陷。所谓表面分子印迹，简而言之就是采取一定措施把几乎所有的结合位点局限于具有良好可接近性的表面，从而有利于模板分子的脱除和再结合。近年来，采用表面印迹技术来制备分子印迹聚合物越来越受到人们的重视。

表面分子印迹的载体材料有Fe₃O₄、SiO₂、TiO₂、碳纳米管、石墨烯等，其中石墨烯(由碳原子构成的单层片状结构)以其极高的比表面积、突出的导热性能和力学性能及非凡的电子传递性能等优良特性，正被广泛的用作表面分子印迹聚合物的载体材料。

制备表面分子印迹聚合物具有多种方法，如本体聚合、多步溶胀聚合、悬浮聚合、沉淀聚合等，目前分子印迹聚合物大多只能在有机相(如氯仿、乙腈、甲苯、DMF等)中进行聚合，而实际应用多是需要在水溶液中进行，即分子印迹聚合物制备介质(有机相)和应用环境(水相)不同。由于印迹聚合物在强极性水相中的膨胀和收缩与在弱极性的有机溶剂中有很大的不同，会导致其与模板分子相匹配的空穴结构发生变化。此外，在水相中制备印迹聚合物还会发生极性溶剂水的竞争作用，破坏了模板分子和功能单体之间的优先氢键作用。因此，找到一种简单可行的方法，实现在水溶液中制备分子印迹具有重要的研究意义。本发明采用溶胶凝胶法能够在水溶液中成功的制备表面分子印迹聚合物。溶胶凝胶法是指无机物或金属醇盐与水、互溶剂、催化剂相混合，经过溶液、溶胶、凝胶形成三维网状结构。该反应不仅能够在水相中顺利发生，反应条件温和，并且易于将特定物质引入到高度交联、多孔的结构中，而不存在热或化学分解的问题。

制备表面分子印迹复合材料时，在洗涤、洗脱步骤中需要将表面分子印迹聚合物与溶液分离，通常采用的分离方法是离心分离，此方法过程繁琐且费时。而磁分离只需在磁场的作用下即可实现将磁性组分与非磁性组分快速分离的效果，操作简单不费时。因此，本发明在石墨烯其表面修饰上一层Fe₃O₄，以所得到的磁性石墨烯为载体，结合表面分子印迹技术制备出磁性石墨烯表面分子印迹纳米复合材料，其具有超顺磁性，能够实现在外磁场的作用下与溶液快速分离，并选择性富集分离印迹分子(环境中有毒物质)。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种磁性石墨烯表面分子印迹纳米复合材料的制备方法。在石墨烯其表面修饰上一层Fe₃O₄，以所得到的磁性石墨烯为载体，以硅氧烷为功能单体和交联剂，常温下在水溶液中通过溶胶-凝胶法制备出一种磁性石墨烯表面分子印迹纳米复合材料。所述方法包括如下步骤：

(1)将氧化石墨烯溶于去离子水中，超声分散；氧化石墨烯水溶液的浓度为1～5mg/mL，超声时间为0.5～4h；

(2)向氧化石墨烯的水溶液加入浓度为0.005～0.025mol/mL的氯化铁和浓度为0.0002～0.001mol/mL的氯化亚铁的混合溶液，搅拌0.5～4h；

(3)调节混合溶液的pH为9～12，加入水合肼、硼氢化钠等还原剂5～15ml，于60～100℃反应2～10h；

(4)抽滤洗涤得到表面修饰了一层Fe₃O₄的石墨烯(磁性石墨烯)；

(5)磁性石墨烯分散在去离子水中，然后依次加入一定浓度的模板分子、两种硅氧烷(一种作为功能单体，一种作为交联剂)；用氨水、氢氧化钠等碱性物质调节溶液pH为9～12，振荡时间为6～15h，频率为50到200Hz；

(6)洗脱、磁分离、洗涤后得到磁性石墨烯表面分子印迹纳米复合材料。