[发明专利]吸附分离锶离子的酵母模板中空硅基材料表面印迹吸附剂的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属环境材料制备技术领域，涉及酵母模板中空硅基材料表面印迹吸附剂，尤其涉及吸附分离锶离子的酵母模板中空硅基材料表面印迹吸附剂的制备方法及其应用。 

背景技术

分子印迹技术是以目标分子(或离子)为模板，与结构上互补的功能单体通过可逆共价或非共价键形成复合物，并加入交联剂进行聚合反应，反应完成后将模板分子从聚合物中洗脱出来，形成对模板分子具有专一识别性的高分子材料。表面印迹技术是制备具有分子(离子)识别能力聚合物的新技术，它通过把模板识别位点建立在基质材料的表面，较好地解决了传统印迹技术存在的一些严重缺陷，如：活性位点包埋过深，模板分子的去除不彻底，方法费时费力，印迹聚合物产率低，机械性能差，粒度分布宽且形态不规整等。目前常用的印迹基质有硅基微/纳米材料(如凹凸棒石、二氧化硅等)、钛基微/纳米材料（如钛酸盐晶须等)等无机材料。 

微米或纳米中空球由于其具有低密度、高比表面和机械强度高而备受关注。中空硅基材料因稳定性高、无毒和生物相容性好，已在化学、生物和材料等领域得到广泛应用，同时SiO₂具有资源丰富、价廉、高温热稳定性好、结构不容易坍塌的优点。制备中空SiO₂已有大量的报道，但由于所得的微球大多粒径较大(约50μm)，其应用领域受到一定限制，并且存在制备体系复杂或使用表面活性剂等缺点。 

酵母(Yeast)作为一类重要的工业微生物，广泛应用于食品和饮料等发酵行业，利用酵母作为分子印迹载体材料， 具有来源广、价廉易得、 官能团丰富、 与有机物兼容性高且可与无机材料形成稳定的键联等优点。此外，微生物类生物材料可以通过简单的煅烧或酶消解就能去除，是制备表面印迹中空材料较理想的“软模板”。 以酵母为模板，制备中空硅基材料，并引进了表面印迹技术，得到酵母模板中空硅基材料表面印迹吸附剂的研究尚未有报道。 

核燃料的开采与加工，核反应堆及核燃料后处理厂运行过程中，以及核武器的使用等产生大量的放射性物质，其中锶(Sr)属于中、低放射性金属元素，半衰期长达28.8a，进入人体后常在骨骼、肌肉中累积，不易通过人体代谢排出体外，可引起白血病，遗传变异等其他疾病。因此，实时监测和分离富集环境中的锶离子已经刻不容缓。 

发明内容

本发明的目的在于利用溶胶凝胶法，制备吸附分离锶离子的酵母模板中空硅基材料表面印迹吸附剂的制备方法；本发明的另外一个目的是，将所制备的吸附剂应用于对锶离子的吸附分离。 

本发明的技术方案是：首先在酵母模板表面包覆纳米二氧化硅颗粒获得酵母/硅复合物(SiY)，再通过煅烧去除酵母模板制得酵母模板中空硅基材料(SSiY)，并以其为基质材料，二价锶离子(Sr²⁺)为模板离子，壳聚糖为功能单体，γ-(2，3环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH-560)为交联剂，利用悬浮聚合法进行离子印迹聚合改性，制备吸附分离锶离子的酵母模板中空硅基材料表面印迹吸附剂（SSiY-IIP）。 

本发明的一个较优公开例中，所述的酵母/硅复合物的制备，是利用改进的 St?ber 方法将二氧化硅直接包覆于酵母细胞表面，制备步骤包括： 

A、按每克干酵母溶于3.5~4.0 mL NaCl溶液中，均匀搅拌后静置20~40 min，得到酵母菌悬液，其中NaCl溶液的质量浓度为 0.8~1.0%；

B、移取3.5~4.5 mL 酵母菌悬液分散于15~25 mL乙醇和蒸馏水混合溶液中，快速搅拌8~12 min后，将混合物超声15~25 min，使细胞均匀分散，其中乙醇与蒸馏水的体积比为3.0~5.0：0.8~1.2；

C、将 0.65~0.85 mL 氨水和1.5~2.5 mL的正硅酸四乙酯(TEOS)先后加入步骤B配制的酵母菌的乙醇混合溶液中，室温下磁力搅拌陈化 5.0~6.0 h，其中氨水的质量浓度为25~28%；

D、过滤收集产物，将产物用去离子水清洗3 次，室温下干燥后将产物用研钵研磨，过100目筛，备用。

本发明的一个较优公开例中，所述的酵母模板中空硅基材料的制备步骤如下：首先设定马弗炉的温度为450~550℃，升温条件为5.0~6.0℃ min^-1，升温时间90~95 min；然后将所制得的酵母/硅复合物置于马弗炉煅烧5.0-6.0 h，去除酵母模板，得到酵母模板中空硅基材料。 

本发明的一个较优公开例中，所述的悬浮聚合法进行离子印迹聚合改性的具体步骤如下：