CN104479072B

CN104479072B - 一种制备磁性分子印迹吸附剂的方法

Info

Publication number: CN104479072B
Application number: CN201410683532.XA
Authority: CN
Inventors: 欧红香; 陈群汇; 潘建明; 黄勇; 张祯; 戚雪勇
Original assignee: Changzhou University
Current assignee: Changzhou University
Priority date: 2014-11-24
Filing date: 2014-11-24
Publication date: 2016-11-09
Anticipated expiration: 2034-11-24
Also published as: CN104479072A

Abstract

本发明公开了一种制备磁性分子印迹吸附剂的方法，属环保功能材料制备技术领域。利用纳米壳聚糖粒子作为稳定粒子，分散于溶液中作为水相。甲苯作为油相溶剂和致孔剂，功能单体甲基丙烯酸甲酯，交联剂乙二醇二（甲基丙烯酸）酯，引发剂2,2'‑偶氮二异丁腈，磁性载体油酸改性的纳米四氧化三铁和印迹分子红霉素混合作为油相。水相、油相混合后形成稳定的Pickering乳液。利用热引发反应制备出磁性印迹聚合物微球，并将其应用于水溶液中红霉素的吸附分离。该产品有印迹空穴和磁性特征，有利于对目标分子的特异性吸附，磁性载体利于吸附剂的分离，并且内部印记可以防止吸附后目标分子自动脱落和漏磁，吸附效果更佳。

Description

一种制备磁性分子印迹吸附剂的方法

技术领域

本发明涉及一种Pickering乳液聚合制备磁性分子印迹吸附剂的方法，属环保功能材料制备技术领域。

背景技术

近年来，抗生素被大量用于人和动物的疾病治疗，同时，以亚治疗剂量长期添加于动物饲料中预防疾病和促进动物生长，在保障人类健康和促进畜牧业发展方面起了重要作用。但是一些研究表明，85 %以上的抗生素以原药和代谢产物的形式进入生态环境，经过一系列转化最终大多数将存在于自然界水体中，对农田土壤、地表和地下水以及生态系统中各类生物产生危害，并诱发和传播各类抗生素导致的耐药细菌，对人类健康产生威胁，同时水体中的抗生素成了水资源重复利用的一个巨大挑战。因此，及时检测和处理环境水体中抗生素很有必要，但环境水体中成分复杂，选择性识别与分离目标污染物（抗生素）就显得尤为重要。

目前常用的抗生素处理方法有过滤、生物处理、电化学、氧化等方法，但是这些方法存在处理效率低、预先培养微生物不方便、设备昂贵或选择性不强等缺点，均不能广泛使用。Pickering乳液是一种用两亲性固体颗粒代替表面活性剂形成的乳液。近几年，Pickering乳液由于其低成本、环保和稳定性等特性，被应用于诸多领域，且Pickering乳液聚合已经发展成为一种新型的聚合反应来制备有机/无机复合微球。目前，Pickering乳液中常用的无机颗粒有二氧化硅、粘土、碳纳米管、四氧化三铁颗粒等，有机颗粒有木质素、聚苯乙烯微球、凹凸棒石等，生物材料有壳聚糖、纤维素等。经过化学修饰，这些材料具备了良好的亲疏水性能，利于形成稳定的Pickering乳液。分子印迹是制备具有特定识别功能结合位点三维交联高分子的技术，制备的分子印迹聚合物能对模板分子产生特异性吸附。磁性分子印迹技术通过在基质材料制备过程中加入磁性分离载体，较好的解决了传统分子印迹技术整体还存在的一些缺陷，如吸附剂较难分离，不可重复利用以及原料昂贵不易得等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备磁性分子印迹吸附剂的方法，以提高产品的吸附和分离性能。

为了解决以上技术问题，本发明采用Pickering乳液聚合的方法制备磁性分子印迹吸附剂的微球。其中以壳聚糖纳米颗粒作为稳定粒子，通过调节溶液pH得到壳聚糖纳米粒子分散液作为水相体系。油相包括致孔剂甲苯，功能单体甲基丙烯酸甲酯，交联剂乙二醇二（甲基丙烯酸）酯，引发剂2,2'-偶氮二异丁腈，磁性载体油酸改性的纳米四氧化三铁和印迹分子红霉素。水相、油相混合后，剧烈震荡形成稳定的Pickering乳液；利用热引发反应制备磁性聚合物微球，并将其应用于水溶液中红霉素的吸附分离。具体技术方案如下：

本发明采用的技术方案是：

壳聚糖稳定的Pickering乳液聚合制备磁性分子印迹吸附剂的方法，按照下述步骤进行：(1)制备壳聚糖纳米粒子，按（0.15-0.25）：（0.1-0.3）的质量比将乙酸和壳聚糖先后缓慢加入到蒸馏水中，然后持续搅拌至壳聚糖全部溶解于蒸馏水中，配制得pH值为3.5-4.2的含有壳聚糖的弱酸溶液A；将所述弱酸溶液A过滤除杂后，用0.1 mol L^-1的氢氧化钾溶液滴加到所述弱酸溶液A，以改变所述弱酸溶液A的pH值至所述弱酸溶液A变成乳白色得弱酸溶液B；pH值为7.2；所述壳聚糖纳米粒子分散于弱酸溶液B中得到壳聚糖纳米粒子分散液用于后文Pickering 乳液制备中。

制备四氧化三铁纳米粒子并对其进行疏水改性：将FeCl₃·6H₂O和FeCl₂·4H₂O溶解在去离子水中，三者之间比例关系依次为（1-1.6 g）:（0.2-1.0 g）:（30-70 ml）；在20-50℃条件下搅拌10-20 min得溶液C；将浓度为0.4-0.6 mol L^-1 的氢氧化钠溶液在N₂ 氛围中快速加入到溶液C中，剧烈搅拌20-40 min；用磁铁收集生成的Fe₃O₄纳米粒子，将所得的四氧化三铁纳米粒子用无水乙醇洗涤3次后分散在40 mL体积比为1：（2-4）的油酸和无水乙醇混合液中，30-70℃下搅拌3-9 h得产物A，将产物A用磁铁分离回收得到疏水改性的四氧化三铁纳米粒子，该疏水的四氧化三铁纳米粒子用无水乙醇洗涤6次后在40℃下真空干燥。

制备磁性分子印迹吸附剂微球：将模板分子红霉素和功能单体甲基丙烯酸甲酯按照（0.06-0.10 g）:（0.3-0.5 mL）：（0.4-0.6 mL）的比例溶解于甲苯溶液中，剧烈震荡形成均匀溶液并放置于黑暗条件下静置4 h后形成预组装溶液；磁性分离载体疏水四氧化三铁、引发剂2,2'-偶氮二异丁腈、交联剂乙二醇二（甲基丙烯酸）酯按照（0.02-0.03g）：（0.015-0.025 g）：（0.8-1.2 mL）的比例加入到所述预组装溶液中超声5 min后形成油相溶液D；将油相溶液D和水相溶液E（壳聚糖纳米粒子分散液）按照（1.5-2.3mL）：（12-22mL）的比例混合后置于比色管中剧烈震荡5-15 min，形成Pickering乳液，密封该比色管后于50-70℃水浴中聚合10-15 h得到磁性印迹吸附剂微球；将所述磁性印迹聚合微球用Nd-Fe-B永久磁铁收集，用无水乙醇洗涤该聚合物微球3次，再用体积比为（75-95）：（5-25）的甲醇/醋酸混合溶液为洗脱液对该分子印迹微球中的模板分子进行洗脱，直到洗脱液中检测不到模板分子，脱除模板分子红霉素后，在50℃真空条件下烘干，最后制得磁性分子印迹吸附剂即MMIPs。

制备非印迹吸附剂即MNIPs的方法与MMIPs类似，所用试剂的用量参照制备对应的MMIPs时的用量，只是不加模板分子红霉素。

本发明的技术优点：该产品结合Pickering乳液、分子印迹和磁分离技术，兼具三者之长，具有良好的吸附和分离性能，并且对红霉素有特异性吸附的特点。实验中使用天然高分子粒子壳聚糖作为 Pickering乳液的稳定粒子，降低了所得吸附剂的化学毒性，并且纳米壳聚糖粒子使得乳液稳定性大大提高，也增强了吸附剂的稳定性能。

附图说明

图1、图2分别为 Pickering乳液、磁性分子印迹聚合物的光学显微镜照片。

图3磁性分子印迹聚合物扫描图片，图4磁性分子印迹聚合物表面的高倍放大扫描图片；图5磁性分子印迹聚合物表面EDX图谱。

图6为磁性分子非印迹聚合物MNIPs接触角图、图7为磁性分子印迹聚合物MMIPs接触角图、图8为疏水改性的四氧化三铁纳米粒子的接触角图。

图9为实施例2中稳定粒子壳聚糖a和磁性印迹聚合物b的红外谱图。

具体实施方式

上述技术方案中所述的吸附性能分析测试方法具体为：

（1）静态吸附试验

将MMIPs 和MNIPs 吸附剂分别加入10 mL一定浓度的红霉素溶液中，放在15℃、25℃、35℃恒温水浴中静置一定时间，考察测试溶液中红霉素的初始浓度、不同温度以及吸附时间变化对吸附剂吸附红霉素的影响；饱和吸附后，吸附剂用磁铁分离，并在所得滤出液中加入一定量的85%的磷酸，高温加热得到红霉素的衍生物，用紫外分光光度计测量溶液中红霉素的衍生物的浓度可得到未吸附的红霉素浓度。并根据结果计算出吸附容量(Q_e，μmol g^-1)：

其中C₀ (mg L^-1) 和C_t(mg L^-1)分别是吸附前后红霉素的浓度，V (mL)为测试液体积，m (g)为吸附剂用量，M为红霉素的分子量。

（2）动态吸附试验

首先，配制一定浓度的红霉素溶液。其次，用棉花和滤纸装在流动柱底部，以便能够承载吸附剂，并防止动态吸附过程中吸附剂泄漏或堵塞流动柱下部的小孔。然后，称取一定量的吸附剂和石英砂，混合均匀后装在流动柱中滤纸的上层。调节蠕动泵流速，使红霉素溶液缓缓流入到流动柱中进行动态吸附。每隔一定时间接取一定量的吸附后溶液，直到吸附饱和。未吸附的红霉素浓度用紫外光谱测量并计算，公式如上。

（3）选择性吸附试验

选择氯霉素和阿奇霉素作为选择性吸附的物质进行单组份的选择性吸附试验。分别配制一定浓度的模板分子和以上两种抗生素的溶液，各取10 mL溶液，其中分别加入10mg的 MMIPs 和MNIPs 吸附剂，25℃ 静置一段时间，吸附完成后，用紫外分光光度计测量上清液中抗生素的浓度。

图1、图2分别为 Pickering乳液、磁性分子印迹聚合物的光学显微镜照片；图3磁性分子印迹聚合物扫描图片，图4磁性分子印迹聚合物表面的高倍放大扫描图片；图5磁性分子印迹聚合物表面EDX图谱。从图1中看出，实施例2获得的Pickering 乳液较稳定，液滴为微米级（30微米-80微米）。从图2中看出，聚合后的微球和乳液液滴粒径变化不大，进一步说明制得的Pickering 乳液稳定性良好。图3为制备得到的分子印迹聚合物扫描图，与图1和图2中所得乳液、聚合物在形貌和粒径上相一致。从图5图谱中可以看到聚合物中检测到Fe元素，表明成功制得了磁性的聚合物。从图4中看出，壳聚糖作为稳定粒子均匀分布在微球表面，同时也证明了图1中的Pickering 乳液确是壳聚糖稳定的乳液。

图6为磁性分子非印迹聚合物MNIPs接触角图、图7为磁性分子印迹聚合物MMIPs接触角图、图8为疏水改性的四氧化三铁纳米粒子的接触角图。图6中MNIPs的接触角为118°，图7中MMIPs的接触角为121°，由于疏水性功能单体甲基丙烯酸甲酯作用导致聚合物整体呈现轻微疏水特性，且印迹和非印迹组亲疏水性相似。图8中疏水改性的四氧化三铁纳米粒子接触角为143°，表明对四氧化三铁的疏水改性成功，方便于把磁性载体直接加入油相溶液中。本研究制备的水包油型Pickering乳液，磁性载体置于内相亦能防止吸附过程中漏磁现象，保证吸附剂多次高效的回收利用。

图9为实施例2中稳定粒子壳聚糖a和磁性印迹聚合物b的红外谱图。图9（a）中2875，1653和1597 cm-1分别对应壳聚糖上的C-H伸缩振动，酰胺基中的C=O伸缩振动和氨基变形振动。图9（b）中3566 cm-1 为O-H伸缩振动，表明分子间氢键作用的存在, 基于壳聚糖、甲基丙烯酸甲酯和2,2'-偶氮二异丁腈中的C-H伸缩振动出现在2957 cm-1。一个新的吸收峰在1637 cm-1处，表明交联剂乙二醇二（甲基丙烯酸）酯有少量剩余。1733 cm-1处为C=O伸缩振动的显著吸收峰，1151 cm-1处为C-O不对称伸缩振动，表明聚合物中含有酯基，聚甲基丙烯酸甲酯和乙二醇二（甲基丙烯酸）酯即为聚合物的骨架。

下面结合具体实施实例对本发明做进一步说明。

实施例1：

1、一种Pickering乳液聚合制备磁性分子印迹吸附剂的方法，其特征在于按照下述步骤进行：

（1）壳聚糖纳米粒子的制备

首先，0.15 g乙酸滴加到100 mL 蒸馏水中。再将0.1 g壳聚糖加入上述pH值约为4.2的弱酸溶液中并持续搅拌。所得溶液在使用之前过滤除杂。其次，用0.1 mol L^-1的氢氧化钾溶液滴加到上述透明的壳聚糖溶液改变其pH值至溶液变成乳白色，此时的溶液pH值为7.2。壳聚糖纳米粒子分散于该溶液中，所得的壳聚糖纳米粒子分散液用于后文Pickering乳液制备中。

（2）Fe₃O₄纳米粒子的制备及其疏水改性

将1.0 g的FeCl₃·6H₂O 和0.2g的FeCl₂·4H₂O 溶解在30mL去离子水中，在20 ℃搅拌10 min，然后将30 mL浓度为0.4 mol L^-1的 NaOH 溶液在N₂ 氛围中快速加入到上述溶液中，剧烈搅拌20 min，生成的Fe₃O₄纳米粒子用磁铁分离回收后，用无水乙醇洗涤3次，并分散在40 mL体积比为1：2的油酸和无水乙醇混合液中，30 ℃下搅拌3 h，产物用磁铁分离回收，用无水乙醇洗涤6次，40 ℃下真空干燥。

（3）磁性分子印迹吸附剂微球的制备

取0.06 g的模板分子红霉素、0.3 mL单体甲基丙烯酸甲酯溶解于0.4 mL的甲苯溶液中，剧烈震荡形成均匀溶液。放置于黑暗条件下静置4 h，形成预组装溶液。然后将0.02 g磁性分离载体疏水四氧化三铁，0.015 g引发剂2,2'-偶氮二异丁腈以及0.8 mL交联剂乙二醇二（甲基丙烯酸）酯加入到预组装溶液中，超声5 min后形成油相溶液。取12 mL制备好的壳聚糖纳米粒子分散液作为水相溶液。油水两相混合后剧烈震荡5 min，形成Pickering乳液。容器密封后置于50 ℃水浴中聚合10 h。生成的磁性印迹吸附剂微球用Nd-Fe-B永久磁铁收集，用无水乙醇洗涤3次，再用体积比为75：25的甲醇/醋酸混合溶液为洗脱液进行洗脱，直到洗脱液中检测不到模板分子，脱除模板分子红霉素后，在50 ℃真空条件下烘干。

对应的非印迹聚合物制备方法类似，但不加模板分子红霉素。

2、吸附性能分析测试

（1）取10mL初始浓度分别为10、30、50、70、90 mg L^-1的红霉素溶液加入到比色管中，分别加入10 mg实施例2中上述方法制备的磁性分子印迹和非印迹吸附剂，把测试液分别放在15 ℃、25 ℃、35 ℃的水浴中静置12 h后，用Nd-Fe-B永久磁铁收集上层清液，未吸附的红霉素分子浓度用紫外可见分光光度计测定，并根据结果计算出吸附容量。

结果表明：磁性分子印迹微球吸附剂在15 ℃时的饱和吸附容量为29.31 μmol g^-1, 25 ℃时的饱和吸附容量为22.05 μmol g^-1, 35 ℃时的饱和吸附容量为15.11 μmol g^-1。磁性分子非印迹微球吸附剂15 ℃时的饱和吸附容量为18.52 μmol g^-1, 25 ℃时的饱和吸附容量为13.67 μmol g^-1, 35 ℃时的饱和吸附容量为9.75 μmol g^-1。由此可见随着温度升高，吸附剂吸附效果变差。而且印迹吸附剂的吸附效果远优于非印迹吸附剂。

（2）取10 mL初始浓度为50 mg L^-1的红霉素溶液加入到比色管中，分别加入10 mg实施例2中上述方法制备的印迹和非印迹吸附剂，把测试液放在25℃的水浴中静置10、20、40、60、100、180、300、420、540、720 min后，用Nd-Fe-B永久磁铁收集上层清液，未吸附的红霉素分子浓度用紫外可见分光光度计测定，并根据结果计算出吸附容量。

结果表明：磁性分子印迹和非印迹吸附剂在110 min内已经分别达到了平衡吸附量的84.75%和67.92%，随后在吸附260-420 min后逐渐达到吸附平衡，平衡时磁性分子印迹和非印迹吸附剂的平衡吸附量分别为18.74μmol g^-1和10.96μmol g^-1。

（3）配制一定量50 mg L^-1的红霉素溶液，用棉花和滤纸分层装在流动柱底部，以便能够承载吸附剂，并防止动态吸附过程中吸附剂泄漏或堵塞流动柱下部的小孔。然后，分别称取0.2 g实施例2中方法制备的吸附剂和0.3 g的石英砂混合均匀后装在流动柱中滤纸的上层。调节蠕动泵流速为3.2 rpm，使红霉素溶液缓缓流入到流动柱中，并调节流动柱头的旋钮至流动柱下端溶液流出速度为1 mL/min进行动态吸附。每隔3 min接取2 mL的吸附后溶液，直到吸附饱和。用紫外光谱测量所取样品中未吸附的红霉素浓度并计算，公式如上。

结果表明：磁性分子印迹和非印迹吸附剂的平衡吸附量分别为9.78 mg g^-1和7.49mg g^-1。印迹吸附剂吸附效果好，速率也更快，在90 min时几乎达到吸附平衡，而非印迹吸附剂在120 min才达到吸附平衡。

（4）分别配制红霉素、阿奇霉素和氯霉素的溶液，浓度均为50 mg L^-1，各取10 mL溶液至比色管中，其中分别加入10 mg实施例2中方法制备的印迹和非印迹吸附剂，比色管置于25℃水浴中静置12 h后，上清液用Nd-Fe-B永久磁铁收集，用紫外可见吸光光度计测量未吸附的各抗生素浓度。

结果表明：磁性分子印迹吸附剂对红霉素、阿奇霉素和氯霉素的吸附容量分别为21.54 μmol g^-1、18.77 μmol g^-1和11.53 μmol g^-1，磁性非印迹吸附剂对红霉素、阿奇霉素和氯霉素的吸附容量分别为15.66 μmol g^-1、12.39 μmol g^-1和8.78 μmol g^-1，结果表明磁性分子印迹吸附剂对红霉素有显著的专一识别性，吸附容量高于其他结构类似物和结构非类似物，且分子印迹聚合物对目标分子结构类似物的吸附量也远高于非结构类似物。

实施例2：

（1）壳聚糖纳米粒子的制备

首先，0.2 g乙酸滴加到100 mL 蒸馏水中。再将0.2 g壳聚糖加入上述pH值约为3.8的弱酸溶液中并持续搅拌。所得溶液在使用之前过滤除杂。其次，用0.1mol L^-1的氢氧化钾溶液滴加到上述透明的壳聚糖溶液改变其pH值至溶液变成乳白色，此时的溶液pH值为7.2。壳聚糖纳米粒子分散于该溶液中，所得的壳聚糖纳米粒子分散液用于后文Pickering乳液制备中。

（2）Fe₃O₄纳米粒子的制备及其疏水改性

将1.3 g的FeCl₃·6H₂O 和0.6 g的FeCl₂·4H₂O 溶解在50 mL去离子水中，在35℃搅拌15 min，然后将45 mL浓度为0.5 mol L^-1的 NaOH 溶液在N₂ 氛围中快速加入到上述溶液中，剧烈搅拌30 min，生成的Fe₃O₄纳米粒子用磁铁分离回收后，用无水乙醇洗涤3次，分散在40 mL 体积比为1：3的油酸和无水乙醇混合液中，50℃下搅拌6 h，产物用磁铁分离回收，用无水乙醇洗涤6次，40℃下真空干燥。

（3）磁性分子印迹吸附剂微球的制备

取0.08 g的模板分子红霉素、0.4 mL单体甲基丙烯酸甲酯溶解于0.5 mL的甲苯溶液中，剧烈震荡形成均匀溶液。放置于黑暗条件下静置4 h，形成预组装溶液。然后将0.025g磁性分离载体疏水四氧化三铁，0.02 g引发剂2,2'-偶氮二异丁腈以及1.0 mL交联剂乙二醇二（甲基丙烯酸）酯加入到预组装溶液中，超声5 min后形成油相溶液。取17 mL制备好的壳聚糖纳米粒子分散液作为水相溶液。油水两相混合后剧烈震荡10 min，形成Pickering乳液。容器密封后置于60℃ 水浴中聚合12 h。生成的磁性印迹吸附剂微球用Nd-Fe-B永久磁铁收集，用无水乙醇洗涤3次，再用体积比为85：15的甲醇/醋酸混合溶液为洗脱液进行洗脱，直到洗脱液中检测不到模板分子，脱除模板分子红霉素后，在50℃真空条件下烘干。

2、吸附性能分析测试

（1）取10mL初始浓度分别为10、30、50、70、90 mg L^-1的红霉素溶液加入到比色管中，分别加入10 mg实施例1中上述方法制备的磁性分子印迹和非印迹吸附剂，把测试液分别放在15℃、25℃、35℃的水浴中静置12 h后，用Nd-Fe-B永久磁铁收集上层清液，未吸附的红霉素分子浓度用紫外可见分光光度计测定，并根据结果计算出吸附容量。

结果表明：磁性分子印迹微球吸附剂在15 ℃时的饱和吸附容量为52.32 μmol g^-1, 25 ℃时的饱和吸附容量为35.52 μmol g^-1, 35 ℃时的饱和吸附容量为27.21 μmol g^-1。磁性分子非印迹微球吸附剂15 ℃时的饱和吸附容量为31.87 μmol g^-1, 25 ℃时的饱和吸附容量为20.61 μmol g^-1, 35 ℃时的饱和吸附容量为15.51 μmol g^-1。由此可见随着温度升高，吸附剂吸附效果变差。而且印迹吸附剂的吸附效果远优于非印迹吸附剂。

（2）取10 mL初始浓度为50 mg L^-1的红霉素溶液加入到比色管中，分别加入10 mg实施例1中上述方法制备的印迹和非印迹吸附剂，把测试液放在25 ℃的水浴中静置10、20、40、60、100、180、300、420、540、720 min后，用Nd-Fe-B永久磁铁收集上层清液，未吸附的红霉素分子浓度用紫外可见分光光度计测定，并根据结果计算出吸附容量。

结果表明：磁性分子印迹和非印迹吸附剂在100 min内已经分别达到了平衡吸附量的86.91%和70.70%，随后在吸附240-420 min后逐渐达到吸附平衡，平衡时磁性分子印迹和非印迹吸附剂的平衡吸附量分别为20.39 μmol g^-1和15.87 μmol g^-1。

（3）配制一定量50 mg L^-1的红霉素溶液，用棉花和滤纸分层装在流动柱底部，以便能够承载吸附剂，并防止动态吸附过程中吸附剂泄漏或堵塞流动柱下部的小孔。然后，分别称取0.2 g实施例1方法制备的吸附剂和0.3 g的石英砂，混合均匀后装在流动柱中滤纸的上层。调节蠕动泵流速为3.2 rpm，使红霉素溶液缓缓流入到流动柱中，并调节流动柱头的旋钮至流动柱下端溶液流出速度为1 mL min^-1进行动态吸附。每隔3 min接取2 mL的吸附后溶液，直到吸附饱和。用紫外光谱测量所取样品中未吸附的红霉素浓度并计算，公式如上。

结果表明：磁性分子印迹和非印迹吸附剂的平衡吸附量分别为11.26 mg g^-1和8.43 mg g^-1。印迹吸附剂吸附效果好，速率也更快，在90 min时几乎达到吸附平衡，而非印迹吸附剂在120 min才达到吸附平衡。

（4）分别配制红霉素、阿奇霉素和氯霉素的溶液，浓度均为50 mg L^-1，各取10 mL溶液至比色管中，其中分别加入10 mg实施例1中方法制备的印迹和非印迹吸附剂，比色管放入25 ℃水浴中静置12 h后，上清液用Nd-Fe-B永久磁铁收集，用紫外可见吸光光度计测量未吸附的各抗生素浓度。

结果表明：磁性分子印迹吸附剂对红霉素、阿奇霉素和氯霉素的吸附容量分别为29.78 μmol g^-1、20.41 μmol g^-1和12.32 μmol g^-1，磁性非印迹吸附剂对红霉素、阿奇霉素和氯霉素的吸附容量分别为20.38 μmol g^-1、15.22 μmol g^-1和11.24 μmol g^-1，结果表明磁性分子印迹吸附剂对红霉素有显著的专一识别性，吸附容量高于其他结构类似物和结构非类似物，且分子印迹聚合物对目标分子结构类似物的吸附量也远高于非结构类似物。

实施例3：

（1）壳聚糖纳米粒子的制备

首先，0.25 g乙酸滴加到100 mL 蒸馏水中。再将0.3 g壳聚糖加入上述pH值约为3.5的弱酸溶液中并持续搅拌。所得溶液在使用之前过滤除杂。其次，用0.1mol L^-1的氢氧化钾溶液滴加到上述透明的壳聚糖溶液改变其pH值至溶液变成乳白色，此时的溶液pH值为7.2。壳聚糖纳米粒子分散于该溶液中，所得的壳聚糖纳米粒子分散液用于后文Pickering乳液制备中。

（2）Fe₃O₄纳米粒子的制备及其疏水改性：

将1.6 g的FeCl₃·6H₂O 和1.0 g的FeCl₂·4H₂O 溶解在70 mL去离子水中，在50℃搅拌20 min，然后将60 mL浓度为0.6 mol L^-1的氢氧化钠溶液在N₂ 氛围中快速加入到上述溶液中，剧烈搅拌40 min，生成的Fe₃O₄纳米粒子用磁铁分离回收后，用无水乙醇洗涤3次，分散在40 mL 体积比为1：4的油酸和无水乙醇混合液中，70℃下搅拌9 h，产物用磁铁分离回收，用无水乙醇洗涤6次，40℃下真空干燥。

（3）磁性分子印迹吸附剂微球的制备

取0.1 g的模板分子红霉素、0.5 mL单体甲基丙烯酸甲酯溶解于0.6 mL的甲苯溶液中，剧烈震荡形成均匀溶液。放置于黑暗条件下静置4 h，形成预组装溶液。然后将0.03 g磁性分离载体疏水四氧化三铁，0.025 g引发剂2,2'-偶氮二异丁腈以及1.2 mL交联剂乙二醇二（甲基丙烯酸）酯加入到预组装溶液中，超声5 min后形成油相溶液。取22 mL 制备好的壳聚糖纳米粒子分散液作为水相溶液。油水两相混合后剧烈震荡15 min，形成Pickering乳液。容器密封后置于70 ℃水浴中聚合15 h。生成的磁性印迹吸附剂微球用Nd-Fe-B永久磁铁收集，用无水乙醇洗涤3次，再用体积比为95：5的甲醇/醋酸混合溶液为洗脱液进行洗脱，直到洗脱液中检测不到模板分子，脱除模板分子红霉素后，在50℃真空条件下烘干。

2、吸附性能分析测试

结果表明：磁性分子印迹微球吸附剂在15 ℃时的饱和吸附容量为40.27 μmol g^-1, 25 ℃时的饱和吸附容量为29.53 μmol g^-1, 35 ℃时的饱和吸附容量为21.95 μmol g^-1。磁性分子非印迹微球吸附剂15 ℃时的饱和吸附容量为31.06 μmol g^-1, 25 ℃时的饱和吸附容量为17.74 μmol g^-1, 35 ℃时的饱和吸附容量为13.87 μmol g^-1。由此可见随着温度升高，吸附剂吸附效果变差。而且印迹吸附剂的吸附效果远优于非印迹吸附剂。

结果表明：磁性分子印迹和非印迹吸附剂在100 min内已经分别达到了平衡吸附量的85.37%和68.95%，随后在吸附240-420 min后逐渐达到吸附平衡，平衡时磁性分子印迹和非印迹吸附剂的平衡吸附量分别为19.56 μmol g^-1和13.51 μmol g^-1。

（3）配制一定量50 mg L^-1的红霉素溶液，用棉花和滤纸分层装在流动柱底部，以便能够承载吸附剂，并防止动态吸附过程中吸附剂泄漏或堵塞流动柱下部的小孔。然后，分别称取0.2 g实施例1中方法制备的吸附剂和0.3 g的石英砂，混合均匀后装在流动柱中滤纸的上层。调节蠕动泵流速为3.2 rpm，使红霉素溶液缓缓流入到流动柱中，并调节流动柱头的旋钮至流动柱下端溶液流出速度为1 mL min^-1进行动态吸附。每隔3 min接取2 mL的吸附后溶液，直到吸附饱和。用紫外光谱测量所取样品中未吸附的红霉素浓度并计算，公式如上。

结果表明：磁性分子印迹和非印迹吸附剂的平衡吸附量分别为10.37 mg g^-1和8.05 mg g^-1。印迹吸附剂吸附效果好，速率也更快，在90 min时几乎达到吸附平衡，而非印迹吸附剂在120 min才达到吸附平衡。

（4）分别配制红霉素、阿奇霉素和氯霉素的溶液，浓度均为50 mg L^-1，各取10 mL溶液至比色管中，其中分别加入10 mg实施例1中方法制备的印迹和非印迹吸附剂，比色管置于25 ℃水浴中静置12 h后，上清液用Nd-Fe-B永久磁铁收集，用紫外可见吸光光度计测量未吸附的各抗生素浓度。

结果表明：磁性分子印迹吸附剂对红霉素、阿奇霉素和氯霉素的吸附容量分别为19.52 μmol g^-1、15.37 μmol g^-1和12.49 μmol g^-1，磁性非印迹吸附剂对红霉素、阿奇霉素和氯霉素的吸附容量分别为16.18 μmol g^-1、12.95 μmol g^-1和9.98 μmol g^-1，结果表明磁性分子印迹吸附剂对红霉素有显著的专一识别性，吸附容量高于其他结构类似物和结构非类似物，且分子印迹聚合物对目标分子结构类似物的吸附量也远高于非结构类似物。

Claims

1.一种制备磁性分子印迹吸附剂的方法，其特征在于按照以下步骤进行：

壳聚糖稳定的Pickering乳液聚合制备磁性分子印迹吸附剂的方法，按照下述步骤进行：(1)制备壳聚糖纳米粒子，将乙酸和壳聚糖先后缓慢加入到蒸馏水中，然后持续搅拌至壳聚糖全部溶解于蒸馏水中，配制得pH值为3.5-4.2的含有壳聚糖的弱酸溶液A；将所述弱酸溶液A过滤除杂后，用0.1mol·L^-1的氢氧化钾溶液滴加到所述弱酸溶液A，以改变所述弱酸溶液A的pH值至所述弱酸溶液A变成乳白色得溶液B， pH值为7.2；所述溶液B即为壳聚糖纳米粒子分散液用于后文Pickering 乳液制备中；

(2)制备四氧化三铁纳米粒子并对其进行疏水改性：将FeCl₃·6H₂O和FeCl₂·4H₂O溶解在去离子水中，在20-50℃条件下搅拌10-20 min得溶液C；将浓度为0.2-0.6 mol/L 的氢氧化钠溶液在N₂ 氛中快速加入到溶液C中，剧烈搅拌20-40 min；用磁铁收集生成的Fe₃O₄纳米粒子，将所得的四氧化三铁纳米粒子用无水乙醇洗涤3次后分散在40 mL体积比为1：（2-4）的油酸和无水乙醇混合液中，30-70℃下搅拌3-8 h得产物A，将产物A用磁铁分离回收得到疏水改性的四氧化三铁纳米粒子，该疏水的四氧化三铁纳米粒子用无水乙醇洗涤6次后在40℃下真空干燥；

(3)制备磁性分子印迹吸附剂微球：将模板分子红霉素和功能单体甲基丙烯酸甲酯溶解于甲苯溶液中，剧烈震荡形成均匀溶液并放置于黑暗条件下静置4 h后形成预组装溶液；磁性分离载体疏水四氧化三铁、引发剂2,2'-偶氮二异丁腈、交联剂乙二醇二（甲基丙烯酸）酯按比例加入到所述预组装溶液中超声5 min后形成油相溶液D；将油相溶液D和壳聚糖纳米粒子分散液按比例混合后置于比色管中剧烈震荡5-15 min，形成Pickering乳液，密封该比色管后于50-80℃ 水浴中聚合10-15 h得到磁性印迹吸附剂微球；将所述磁性印迹聚合微球用Nd-Fe-B永久磁铁收集，用无水乙醇洗涤该聚合物微球3次，再用体积比为（75-95）：（5-25）的甲醇/醋酸混合溶液为洗脱液对该分子印迹微球中的模板分子进行洗脱，直到洗脱液中检测不到模板分子，脱除模板分子红霉素后，在50℃真空条件下烘干，最后制得磁性分子印迹吸附剂即MMIPs。

2.根据权利要求1所述的一种制备磁性分子印迹吸附剂的方法，其特征在于步骤(1)制备壳聚糖纳米粒子，按（0.15-0.25）：（0.1-0.3）的质量比将乙酸和壳聚糖先后缓慢加入到蒸馏水中。

3.根据权利要求1所述的一种制备磁性分子印迹吸附剂的方法，其特征在于步骤(2)将FeCl₃·6H₂O和FeCl₂·4H₂O溶解在去离子水中，三者之间比例关系依次为（1-1.6 g）:（0.2-1.0 g）:（30-70 mL）。

4.根据权利要求1所述的一种制备磁性分子印迹吸附剂的方法，其特征在于步骤(3)将模板分子红霉素和功能单体甲基丙烯酸甲酯按照（0.06-0.10 g）:（0.2-0.5 mL）：（0.4-0.6 mL）的比例溶解于甲苯溶液中。

5.根据权利要求1所述的一种制备磁性分子印迹吸附剂的方法，其特征在于步骤(3)磁性分离载体疏水四氧化三铁、引发剂2,2'-偶氮二异丁腈、交联剂乙二醇二（甲基丙烯酸）酯按照（0.02-0.03g）：（0.015-0.025 g）：（0.8-1.2 mL）的比例加入到所述预组装溶液中超声5 min后形成油相溶液D；将油相溶液D和壳聚糖纳米粒子分散液按照（1.5-2.3mL）：（12-22mL）的比例混合后置于比色管中剧烈震荡5-15 min，形成Pickering乳液。