CN101905151A - 磁性金属离子表面印迹聚合物的制备方法和应用 - Google Patents
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一种磁性金属离子表面印迹聚合物的制备方法,方法步骤为:1)采用共沉淀法制备纳米四氧化三铁磁流体;2)将模板离子与含氮的硅烷化试剂,进行模板离子的预组装,得到模板离子与含氮的硅烷化的预组装溶液;3)将活化好的四氧化三铁加到模板离子与含氮的硅烷化的预组装溶液(离子印迹的预聚合溶液)中,得到含有模板离子的磁性离子印迹聚合物;4)反应结束后,得到磁性离子印迹聚合物。本发明的优点是:1.后处理方便,适用性广;2.吸附结束后可以快速的实现与样品基体的分离;3.对金属离子的吸附量比较大;4.可以很好的清除基体干扰;5.此法适用于处理各种废水中的重金属离子及其贵重金属离子的回收利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚合物的制备方法,尤其涉及一种磁性金属离子表面印迹聚合物的制备方法和应用。
背景技术
随着工业化进程的加剧,越来越多的污染物特别是重金属被排放到土壤及水体中,导致农产品的产量和质量下降,水生生态体系遭到严重破坏,并通过食物链最终对人类健康产生重大影响,由此可见,对金属离子的除去显得十分重要。目前,金属离子的去除方法有化学沉降,膜分离,离子交换树脂等,但是这些方法特异性低,成本较高,不能对特定金属离子的回收与利用,此外在环境样品中,目标化合物的浓度较低,又有大量杂质和干扰物存在。因此,开发一种对目标化合物具有特异选择性强,成本低,重复使用高,后处理简单,抗干扰能力强的吸附剂是十分重要的。
分子印迹技术(Molecular Imprinting Technique也称模板印迹技术)是从仿生角度采用人工方法制备对特定分子模板分子具有专一性结合作用的聚合物的技术。这种聚合物被称为分子印迹聚合物MIPs已在分离提纯、废水处理、免疫分析、酶模拟、以及生物模拟传感器等方面显示出广泛的应用前景成为新世纪最具潜力的新材料之一。MIPs也因此被誉为万能的分子识别材料。
离子印迹聚合物和分子印迹聚合物具有相似的原理,目前,金属离子印迹聚合物(MIP)的制备技术及性能研究受到各国学者的广泛关注和高度重视。但是,现有的金属离子印迹聚合物的制备和后处理都比较繁琐,吸附容量低,形状不规整,选择性低和成本高。磁性粒子印迹聚合物的兴起,将大大拓展了印迹聚合物的实际应用范围,简化了聚合物的后处理繁琐的步骤,因为与传统金 属离子印迹聚合物相比,磁性金属印迹聚合物具有很强的磁性,在外加磁力的条件下,金属离子印迹聚合物会产生定向迁移,因此金属离子印迹聚合物在吸附废水中的重金属具有吸附量大,抗干扰能力强,重复使用次数多,后处理方便等优点。此外,传统的离子印迹聚合物的合成一般是通过本体聚合[Harkins D A,Schweitzer G K.Sep.Purif.Technol.,1991,26:345-354]、悬浮聚合[Nguyen T H,Dong-K Y,Dukjoon K.J.Hazard Mater.,173,2010:462-467]、乳液聚合[Yoshifumi K,Hirofumi S,Hidoto S,et al.Bull.Chem.Soc.Jpn.,1996,69:125-130]等,这些方法制备步骤比较繁琐,产率较低,模板离子被包埋较深,传质速度较慢,吸附量低等,而用本发明的方法制备的磁性离子印迹聚合物具有制备简单,比表面积大,后处理简单,传质速度快,产率高等优点,非常适合应用于废水中重金属的回收利用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁性金属离子表面印迹聚合物的制备方法和应用,具有形状规整、尺寸可控、比表面积大,后处理方便,重复使用性高等优点,拓展了离子印迹聚合物的制备方法和使用范围。
本发明是这样来实现的,其特征是方法步骤为:
1)采用共沉淀法制备纳米四氧化三铁磁流体;是将FeCl3·6H2O和FeSO4·7H2O至于三口瓶中,再加去离子水溶解,通氮气除氧,升温80~100℃,一次性加入氨水溶液反应1~4个小时;加入的FeSO4·7H2O∶FeCl3·6H2O∶NH3·H2O的摩尔比为1∶2~3∶8~10;反应结束后,磁场分离,然后将废液倒掉,用去离子水清洗四氧化三铁直至中性,最终得到四氧化三铁磁流体;
2)将模板离子与含氮的硅烷化试剂,进行模板离子的预组装,得到模板离子与含氮的硅烷化的预组装溶液;其中模板离子与含氮的硅烷化试剂的摩尔 比为1∶4~10,模板离子与溶剂的体积比为1g∶50-100mL;
3)将活化好的四氧化三铁加到模板离子与含氮的硅烷化的预组装溶液(离子印迹的预聚合溶液)中,0.2g/L的四氧化三铁磁流体的体积与模板离子与含氮的硅烷化的预组装溶液的体积比为1∶1~4,通氮气除氧,以280~700r/min转度搅拌,升温至50-100℃进行聚合反应24h,得到含有模板离子的磁性离子印迹聚合物;
4)反应结束后,磁场分离步骤3)得到的含有模板离子的磁性离子印迹聚合物,用洗脱剂反复洗涤模板离子,直至洗脱液用火焰原子吸收光谱检测不到金属离子,再用去离子水反复清洗,磁场分离后50~80℃干燥直至恒重,得到磁性离子印迹聚合物。
所述含氮的硅烷化试剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-巯基三乙氧基硅烷、N-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种。
所述模板离子为铜离子、锌离子、镍离子、铬离子、镉离子中的一种金属离子。
所述溶剂为乙醇、甲醇或丙酮有机试剂。
所述洗脱液为EDTA、氨水或乙二胺,浓度为0.1mol~1mol。
所述的磁性金属离子表面印迹聚合物的应用,是将磁性离子印迹聚合物投到含金属离子的废水中,处理废水的时间为5~20min,并在外加磁场的作用下回收这种聚合物,然后用洗脱剂洗脱金属离子。
本发明的优点是:1.本发明提供的磁性离子印迹的制备方法操作简单,后处理方便,适用性广;2.由于该离子印迹聚合物具有良好的磁性,吸附结束后可以快速的实现与样品基体的分离;3.本方法制备的颗粒是纳米级的,比表面积较大,所以对金属离子的吸附量比较大;4.本方法制备磁性印迹离子具有很 好的选择性,当其应用于复杂样品前处理时,可以很好的清除基体干扰;5.此法适用于处理各种废水中的重金属离子及其贵重金属离子的回收利用。
附图说明
图1为本发明四氧化三铁,磁性印迹聚合物,磁性非印迹聚合物的红外光谱图;图(a)中,571cm-1处为Fe-O-Fe的伸缩振动吸收峰;图(b)和图(c)中1620cm-1为四氧化三铁表面接枝APS之后的N-H伸缩振动吸收峰;986cm-1和1110cm-1分别为Si-O-H和Si-O-Si伸缩振动吸收峰;3440cm-1为四氧化三铁表面,印迹离子和非印迹离子聚合物表面吸水峰,从上面红外光谱图可以证实铜离子的凝胶印迹和非印迹聚合物接枝到四氧化三铁表面;
图2为本发明所制备的以铜离子为模板的磁性离子印迹聚合物的磁回线图;由图(a)和(b)可知,本发明制备的以铜离子为模板离子的磁性离子印迹聚合物具有很好的超顺磁性,且饱和磁化强度为55.0emu/g,因此可以迅速的在外加磁场的作用下从周围样品溶液中分离出来;
图3和图4分别为金属离子的印迹和非印迹的动态和静态吸附曲线图,由图可知,金属离子印迹聚合物的饱和吸附量为58.6mg/g,非印迹的饱和吸附量为23.0mg/g,并且在10min左右达到饱和吸附;
图5为本发明金属离子重复使用的次数,由图可知,该离子印迹聚合物经过5次吸附与解吸,吸附量没有明显的降低,因此,该离子印迹聚合物具有非常好的重现性。
具体实施方式
本发明的试剂和材料
氨水,六水氯化铁,七水氯化亚铁,氯化铜,硫酸铬,氯化铅,六水合镍,氯化锌,乙醇,甲醇,3-氨丙基三乙氧基硅烷,3-巯基三乙氧基硅烷,N- 氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷;
实施例1:
应用本发明的内容,采用铜离子为模板离子,制备磁性离子印迹聚合物。1.以铜离子为模板离子的磁性离子印迹聚合物的制备,包括如下步骤:
a.用共沉淀法制备Fe3O4。称24.37gFeCl3·6H2O和16.70gFeSO4.7H2O将二者混合后加入200mL蒸馏水通入N2(通入水溶液中)5-10min超声溶解和摇晃。再通入5minN2后将烧杯放入90℃的水浴中,迅速加入65mL氨水,其中要注意氨水的挥发和空气氧化二价的铁。取出水浴3h的烧杯,过滤后用水和乙醇洗涤。在烘烤箱中60℃下干燥12h,取出后研磨、筛选。
b.称1.14gCuCl2,用量筒量取80mL乙醇,将以上二种试剂搅拌加热,之后加入8mL3-氨丙基三乙氧基硅烷试剂,搅拌回流1h。
c.称6.00gFe3O4纳米粒子加入到预聚合溶液中然后搅拌回流20h,用磁铁过滤,乙醇冼3次,过滤并用0.1molEDTA洗脱并用水洗至中性
最后在真空中干燥至80℃,共12h。
1)称一定质量的该磁性金属离子印迹聚合物投入到含有以上重金属离子的废水中;
结果表明,由本发明制备的以铜离子为模板离子的磁性印迹聚合物对铜离子吸附量为58.6mg/g,对Ni2+和Zn2+相关选择性分离因子分别为55.30和54.26。
实施例2
b.称2.03gCdCl2,用量筒量取80mL乙醇,将以上二种试剂搅拌加热,之后加入8mL3-氨丙基三乙氧基硅烷试剂,搅拌回流1h。
c.称6.00gFe3O4纳米粒子加入到预聚合溶液中然后搅拌回流20h,用磁铁过滤,乙醇冼3次,过滤并用0.1molEDTA洗脱并用水洗至中性最后在真空中干燥至 80℃,共12h。
e.称一定质量的该磁性金属离子印迹聚合物投入到含有以上重金属离子的废水中;
实施例3
b.称1.53gCuCl2,用量筒量取80mL乙醇,将以上二种试剂搅拌加热,之后加入8mL,3-巯基三乙氧基硅烷试剂,搅拌回流1h。
c.称6.00gFe3O4纳米粒子加入到预聚合溶液中然后搅拌回流20h,用磁铁过滤,乙醇冼3次,过滤并用0.1molEDTA洗脱并用水洗至中性最后在真空中干燥至80℃,共12h。
e.称一定质量的该磁性金属离子印迹聚合物投入到含有以上重金属离子的废水中;
实施例4
b.称2.82gPbCl2,用量筒量取80mL乙醇,将以上二种试剂搅拌加热,之后加入8mL,N-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷试剂,搅拌回流1h。
c.称6.00gFe3O4纳米粒子加入到预聚合溶液中然后搅拌回流20h,用磁铁过滤,乙醇冼3次,过滤并用0.1molEDTA洗脱并用水洗至中性最后在真空中干燥至80℃,共12h。
e.称一定质量的该磁性金属离子印迹聚合物投入到含有以上重金属离子的废水中。
Claims (6)
1.一种磁性金属离子表面印迹聚合物的制备方法,其特征是方法步骤为:
1)采用共沉淀法制备纳米四氧化三铁磁流体;是将FeCl3·6H2O和FeSO4·7H2O至于三口瓶中,再加去离子水溶解,通氮气除氧,升温80~100℃,一次性加入氨水溶液反应1~4个小时;加入的FeSO4·7H2O∶FeCl3·6H2O∶NH3·H2O的摩尔比为1∶2~3∶8~10;反应结束后,磁场分离,然后将废液倒掉,用去离子水清洗四氧化三铁直至中性,最终得到四氧化三铁磁流体;
2)将模板离子与含氮的硅烷化试剂,进行模板离子的预组装,得到模板离子与含氮的硅烷化的预组装溶液;其中模板离子与含氮的硅烷化试剂的摩尔比为1∶4~10,模板离子与溶剂的体积比为1g∶50-100mL;
3)将活化好的四氧化三铁加到模板离子与含氮的硅烷化的预组装溶液(离子印迹的预聚合溶液)中,0.2g/L的四氧化三铁磁流体的体积与模板离子与含氮的硅烷化的预组装溶液的体积比为1∶1~4,通氮气除氧,以280~700r/min转度搅拌,升温至50-100℃进行聚合反应24h,得到含有模板离子的磁性离子印迹聚合物;
4)反应结束后,磁场分离步骤3)得到的含有模板离子的磁性离子印迹聚合物,用洗脱剂反复洗涤模板离子,直至洗脱液用火焰原子吸收光谱检测不到金属离子,再用去离子水反复清洗,磁场分离后50~80℃干燥直至恒重,得到磁性离子印迹聚合物。
2.根据权利要求1所述的一种磁性金属离子表面印迹聚合物的制备方法,其特征是所述含氮的硅烷化试剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-巯基三乙氧基硅烷、N-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种磁性金属离子表面印迹聚合物的制备方法,其特征是所述模板离子为铜离子、锌离子、镍离子、铬离子、镉离子中的一种金属离子。
4.根据权利要求1所述的一种磁性金属离子表面印迹聚合物的制备方法,其特征是所述溶剂为乙醇、甲醇或丙酮有机试剂。
5.根据权利要求1所述的一种磁性金属离子表面印迹聚合物的制备方法,其特征是所述洗脱液为EDTA、氨水或乙二胺,浓度为0.1mol~1mol。
6.一种权利要求1所述的磁性金属离子表面印迹聚合物的应用,其特征是将磁性离子印迹聚合物投到含金属离子的废水中,处理废水的时间为5~20min,并在外加磁场的作用下回收这种聚合物,然后用洗脱剂洗脱金属离子。
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