[发明专利]一种阴离子比色传感纤维素材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种阴离子比色传感纤维素材料的制备方法，特别是对氟离子具有比色传感效果的表面修饰纤维素材料的制备方法。

背景技术

阴离子在环境化学和食品科学等领域具有非常重要的应用，因此，人们对阴离子的选择性识别和传感越来越感兴趣。在众多阴离子中，氟离子由于在牙齿保健、骨质疏松症治疗等领域的显著作用而受到特别关注。但是，过多氟离子的摄入则会引起氟中毒，临床上主要表现为骨密度的改变，因此，氟离子的检测和传感便显得至关重要。目前，有很多化学方法被用于阴离子传感，主要包括比色法、荧光法、电化学方法等。其中，比色法具有只需肉眼观察颜色改变、不需要复杂光学仪器、成本低廉等特点而备受关注。虽然，近几年来有一些关于阴离子比色法传感的相关报道[(a)Vázquez，M.；Fabbrizzi，L.；Taglietti，A.；Pedrido，R.M.；González-Noya，A.M.；Bermejo，M.R.Angew.Chem.Int.Ed.2004，43，1962-1965.(b)Jose，D.A.；Kumar，D.K.；Ganguly，B.；Das，A.Org.Lett.2004，6，3445-3448]，但因其不能用于水溶液体系，或者对溶液pH具有较大依赖性而难以推广使用。目前，也有一些可用于水溶液中氟离子比色法传感的材料被成功合成出来[Palomares.E.；Vilar，R.；Green，A.；Durrant，J.R.Adv.Funct.Mater.2004，14，111-115]，可是，由于比表面积的限制，该材料灵敏度较低，只能检测微摩尔级浓度的氟离子。

发明内容

本发明目的之一是提供一种可以简单、迅速、经济的检测阴离子的比色传感纤维素材料及其合成方法，目的之二是将制备的阴离子比色传感纤维素材料用于氟离子的检测，实现污水中氟离子的选择性传感。

本发明提供一种阴离子比色传感纤维素材料的制备方法，采用天然纤维素纤维材料为基体，以钛酸四丁酯为前体物，用表面溶胶-凝胶法在纤维的表面沉积二氧化钛膜；随后自组装引进对阴离子敏感的配体分子单层，得到阴离子比色传感纤维素材料，制备步骤如下：

1)、天然纤维素纤维材料处理：将天然纤维素纤维材料置于抽滤装置中，用乙醇润洗，空气流抽干；

2)、沉积二氧化钛膜：配制浓度为100mM的钛酸四丁酯的甲苯和乙醇溶液，溶剂甲苯和乙醇的体积比v∶v＝1∶1，将钛酸四丁酯溶液加入到抽滤装置中流过天然纤维素纤维材料，依次通过吸附、洗涤、水解和干燥循环过程，在纤维的表面沉积纳米层次二氧化钛膜；

3)、自组装茜素络合剂(AC)分子单层：室温下，将步骤2中得到的沉积有纳米层次二氧化钛膜的纤维素材料浸润在茜素络合剂(AC)的丙酮溶液中，自组装AC分子单层，获得自组装AC后的纤维素材料；

4)、将自组装AC后的纤维素材料，经润洗、干燥，得到自组装AC的阴离子比色传感纤维素材料。

本发明在纤维的表面沉积纳米层次二氧化钛膜的过程为：将天然纤维素材料置于抽滤装置中，加入钛酸四丁酯的甲苯/乙醇(v∶v＝1∶1)溶液，静置沉积吸附；真空缓慢抽至溶液的液面接近天然纤维素材料表面，保证天然纤维素材料始终浸在溶液里，用乙醇清洗未反应的钛酸四丁酯溶液，清洗后加入乙醇，静置后真空抽去剩余乙醇，再加入纯水，静置水解；最后空气流干燥天然纤维素材料，完成一个沉积周期；一层二氧化钛层的厚度为0.5nm，通过控制循环不同次数得到不同厚度的纳米层次的二氧化钛膜。

本发明中所使用的所述天然纤维素纤维材料包括：定量滤纸，棉花纤维，布料纤维等，本发明实施例中采用的是常用的普通定量滤纸。

本发明中纤维表面沉积的纳米层次的二氧化钛膜层为10层。

本发明自组装茜素络合剂(AC)分子单层过程为：室温下将沉积有纳米层次二氧化钛膜的滤纸浸润在茜素络合剂(AC)溶液中24小时，所述AC溶液的浓度为1mM，溶剂为丙酮，随后用乙醇润洗，然后真空干燥。

本发明中的茜素络合剂(AC)的结构式如下：

本发明中提及的阴离子比色传感纤维素材料是通过茜素络合剂AC分子与氟离子的特异性结合来实现氟离子传感的。将本发明的氟离子比色传感纤维素材料，浸润在含氟离子的水溶液中一定时间，氟离子通过氢键作用与茜素络合剂AC结合，从而实现氟离子的快速传感。