[发明专利]亚硝酸根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，特别是对亚硝酸根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。其中，亚硝酸根离子（NO₂^?）是食品、药品、农业以及生物等领域的一种重要污染物。亚硝酸根离子和硝酸根离子作为肥料被广泛用于农业生产中，而且由于可以抑制肉毒梭状芽孢杆菌的生长、增强肉制品的风味、以及很好的呈色和发色作用，其在饮料和肉食加工中应用较广。但是，一旦人体大量摄入亚硝酸盐，便会造成糖尿病和神经系统紊乱，而且还会使体内的血红蛋白转换成高铁蛋白，失去输氧能力，进而导致组织缺氧。不仅如此，即使孕妇摄入低剂量的亚硝酸盐，也可以通过胎盘进入胎儿体内，从而影响胎儿生长发育，甚至产生致畸作用。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，光化学传感器可以实现实时实地的检测阴离子，尤其是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) [Palomares, E.; Vilar, R.; Green, A.; Durrant, J. R. Adv. Funct. Mater. 2004, 14, 111–115. (b) Cho, E. J.; Ryu, B. J. Y.; Lee, J.; Nam, K. C. Org. Lett., 2005, 7, 2607?2609.]，但因其不能用于水溶液体系，或者对不能检测痕量阴离子而难以推广使用。目前，也有一些可用于水溶液中亚硝酸根离子比色法传感的材料被成功合成出来 [Daniel, W. L.; Han, M. S.; Lee, J.; Mirkin, C. A. J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 6362?6363.]，可是，由于比表面积的限制，该材料灵敏度较低，而且须在较高温度下才可实现对亚硝酸根离子的传感。

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亚硝酸根离子的检测，实现污水中亚硝酸根离子的选择性传感。

本发明的具体实施方案如下：

本发明是一种亚硝酸根离子比色传感纤维素材料的制备方法，采用天然纤维素材料为基体，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；随后自组装引进对亚硝酸根离子敏感的配体分子单层，得到亚硝酸根离子比色传感纤维素材料，制备步骤如下：

1)、天然纤维素材料处理：将天然纤维素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：配制钛酸四丁酯溶液，溶液的浓度为100 mM，溶剂为甲苯/乙醇，其中甲苯/乙醇体积比为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)、自组装萘胺分子单层：室温下，将步骤2中得到的沉积有纳米层次二氧化钛膜的天然纤维素材料浸润在萘胺溶液中，自组装萘胺分子单层，获自组装萘胺分子单层后的纤维素材料；

4)、将自组装萘胺分子单层后的纤维素材料，经乙醇润洗、干燥，得到自组装萘胺分子单层的亚硝酸根离子比色传感纤维素材料。

本发明所述天然纤维素材料为定量滤纸，棉花或布料。

本发明所述沉积纳米层次二氧化钛膜的过程为：将处理后的定量滤纸置于抽滤装置中，加入浓度为100 mM，溶剂为甲苯/乙醇（v:v=1:1）的钛酸四丁酯溶液，静置沉积吸附；真空缓慢抽至溶液的液面接近定量滤纸表面，保证定量滤纸始终浸在溶液里，用乙醇清洗未反应的钛酸四丁酯溶液，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；最后空气流干燥滤纸；完成了沉积/水解一个循环；一层二氧化钛层的厚度为0.5 nm，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。

本发明所述纤维表面沉积的纳米层次的二氧化钛膜层为10层。

本发明所述自组装萘胺分子单层的过程为：室温下将沉积有纳米层次二氧化钛膜的滤纸浸润在萘胺溶液中24小时，萘胺溶液的浓度为10 mM，溶剂为甲苯。

本发明所述自组装萘胺分子单层后的纤维素材料需用乙醇润洗。