[发明专利]一种用于同时监测和去除铀酰离子的智能光子晶体材料

摘要

本发明提供了一种用于同时监测和去除铀酰离子的智能光子晶体材料，该材料的合成步骤包括单分散SiO₂纳米颗粒的合成及纯化、光子晶体前聚液的制备、光子晶体水凝胶材料成型模具的制作以及水凝胶的制备，制备的智能光子晶体材料能应用于监测和去除水中铀酰离子。本发明所述的智能光子晶体材料的信号指示功能与水凝胶对铀酰离子的吸附去除性能，成功的解决了传统的吸附材料不能原位检测溶液中UO₂²⁺浓度以及实时显示吸附剂吸附程度的缺点，对UO₂²⁺的去除表现出了高的吸附容量，对UO₂²⁺的最低检测浓度为10nM，满足了实际应用中对检测灵敏度的要求。

主权项

1.一种用于同时监测和去除铀酰离子的智能光子晶体材料，其特征在于：所述智能光子晶体材料的制备包括如下步骤：(1)单分散SiO₂纳米颗粒的合成a.SiO₂种子合成80mL无水乙醇加入到250mL三口瓶中，然后加入10～25mL浓度为1～5％的氨水，以300rpm的速度搅拌混合均匀，待缓慢加热到40～80℃后，再加入2～5mL的正硅酸乙酯(TEOS)，继续反应12～24h，最后得到淡蓝色的半透明SiO₂种子溶液；b.SiO₂种子的生长在500mL三口烧瓶中加入160mL无水乙醇和10～25mL浓度为20～50％浓氨水，在转速为100～500rpm搅拌下混合均匀，然后滴加1～8mL SiO₂种子，保持25℃恒温水浴及搅拌速度不变，10min后以注射泵从三口烧瓶的一边口缓慢滴加体积比为1：(2～5)的TEOS/乙醇溶液，速度为0.1mL/min；从另一边口缓慢滴加体积比为(1～5)：(2～10)：(3～10)的H₂O/氨水/乙醇溶液，速度为0.05mL/min，通入时间为3～7h，得到单分散SiO₂纳米颗粒分散液；(2)单分散SiO₂纳米颗粒的纯化，具体的纯化步骤如下：首先将步骤(1)合成的SiO₂颗粒分散液在12000rpm下离心5～20min，去掉上清液，然后加入超纯水，超声、离心至离心管底部SiO₂粒子呈现出明亮的彩虹色，其次向纯化后的SiO₂分散液中加入5～20mg阴阳离子交换树脂交换4～6小时，取SiO₂分散液于烘箱中干燥至质量不再变化，称量干燥后SiO₂的质量；(3)光子晶体前聚液的制备光子晶体前聚液由下列成分组成：质量体积比为5～15％的丙烯酰胺,质量体积比为0.1～0.5％N,N'‑亚甲基双丙烯酰胺,质量体积比为50～75％的单分散SiO₂,体积比为0.5～3％的聚乙二醇二丙烯酸酯以及体积比为0.5～3％的2‑羟基‑2‑甲基苯丙酮，将各成分混合均匀后，加入阴阳离子交换树脂交换1.5～3h，离心得到光子晶体前聚液；(4)光子晶体水凝胶材料成型模具的制作以及水凝胶的制备首先将载玻片用新配的Piranha溶液在60～80℃下浸泡处理6～10h，然后分别用大量的超纯水清洗2～3次，乙醇冲洗1～3次，用氮气吹干，放入90～120℃烘箱中干燥4～6h后备用，得到洗净的载玻片；水凝胶材料成型模具由两块上述洗净的载玻片和125μm封口膜空腔夹条组成，先将封口膜空腔贴在其中的一块玻片上，然后再将光子晶体水凝胶前聚液注入带有封口膜夹条的玻片上，将另一片玻片轻轻扣上，并用小燕尾夹将两块玻片固定，静置30min使非紧密堆积型胶体晶体形成，在320～380nm的紫外灯下聚合8～20min，即得光子晶体水凝胶材料；用超纯水将光子晶体水凝胶材料从模具上冲洗剥离下来，将光子晶体水凝胶加入10～30mL含有0.15～0.4M NaOH与体积比为5％～15％的TEMED溶液中水解50～80min，将水解后的水凝胶切割成尺寸大小相同的小片。