[发明专利]金属离子印迹聚合物及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属离子印迹聚合物，具体为一种可用于分离富集环境样品或食品样品中的金属离子的金属离子印迹聚合物及其制备方法。

背景技术

由于工业“三废”污染导致农产品重金属污染，重金属如汞、铅、镉、镍、铜、砷等，它们在农产品污染中相当普遍，如大田作物中，农产品的主要重金属污染物以铅、镉、铜、汞最为突出。重金属污染不同于其他有机物的污染，重金属具有富集性，很难在环境中降解。如随废水排出的重金属，即使含量很低，也会在藻类和底泥中积累，被鱼和贝类吸附，产生食物链浓缩，造成公害。由于重金属污染具有隐蔽性，一般不会造成人体的急性中毒，降低了人们对它的重视程度。但是，当人体内重金属含量过量时，会导致各种疾病的发生。生态毒理学的研究表明，重金属污染物可在农作物和生物体中迁移、转化和富集，并具“三致”(致病、致癌、致突变)效应，在长周期、低剂量条件下，对生态环境和人体健康具有严重影响。因此，对环境及农产品中的重金属离子进行分离、富集及检测是十分重要的任务。

目前，预富集痕量金属元素的方法很多，如沉淀分离法、液-液萃取分离法、离子交换分离法、色谱分离法、固相萃取分离法、液膜萃取分离法、微波萃取分离法等。其中传统的是螯合-溶剂萃取法，即液-液萃取分离法，该方法在实际操作中具有明显缺陷，如需要大量超纯溶剂、易界面乳化等，整个分析过程费时、费力、同时易引入误差。固相萃取是人们十分关注的富集技术，其核心是能够实现较好分离、富集效果的优良的萃取吸附剂，传统吸附材料如活性炭和改性硅胶等分离富集稀溶液中的金属离子，有较低的金属结合容量和选择性，而离子交换树脂的溶胀和金属离子传输速度慢等缺点限制进一步发展。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种金属离子印迹聚合物的制备方法，包括将硅烷偶联剂、交联剂、表面活性剂、溶剂和金属离子模板通过溶胶-凝胶法制得所述金属离子印迹聚合物。

根据本发明的一实施方式，所述金属离子模板与所述硅烷偶联剂的重量比为(0.001-10):1。

根据本发明的另一实施方式，所述交联剂与所述硅烷偶联剂的重量比为(1-20):1。

根据本发明的另一实施方式，所述硅烷偶联剂选自3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-(2-氨基乙氨基)丙基三甲氧基硅烷、3-(三乙氧基硅)丙烯、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、3-丙异氰根三乙氧基硅烷、丙醛三乙氧基硅烷、3-(三乙氧基硅)丙基丙烯酰胺、或3-(三甲氧基硅)丙基丙烯酸中的一种或几种。

根据本发明的另一实施方式，所述交联剂选自四丙基锆酸盐、四乙氧基硅烷、四乙基正钛酸盐、四甲氧基硅烷或三烷氧基硅乙烯。

根据本发明的另一实施方式，包括将所述硅烷偶联剂、交联剂、表面活性剂、金属离子模板在溶剂中混合，然后在碱性条件下进行缩聚反应，得到含金属离子的聚合物；将所述含金属离子的聚合物进行萃取，直至所述表面活性剂萃取完全；清洗萃取后所得聚合物，直至检测不到金属离子；将去除印迹离子的聚合物用有机溶剂清洗至中性，干燥，即制得金属离子印迹聚合物。

本发明还提供了一种由上述任一项的方法制得的金属离子印迹聚合物。

本发明进一步提供了一种上述金属离子印迹聚合物在分离金属离子中的应用。

本发明进一步提供了一种印迹膜电极，其中，在所述电极表面设置有上述金属离子印迹聚合物形成的膜。

本发明的金属离子印迹聚合物可以很好的满足对金属专一性吸附的要求，这类吸附剂耐高温、耐酸碱、开发周期较短、能从复杂的体系中选择性地提取出微量目标物。

本发明所采用的溶胶凝胶法具有如下的优点：(1)可低温合成与处理，反应条件温和；(2)材料均匀度、纯度高；(3)能够制成各种几何构型的印迹聚合物；(4)可控制极性和离子交换能力；(5)溶胶-凝胶材料稳定性好；(6)好的透光度和自身荧光低。

附图说明

图1、图2为本发明实施例1的镉离子印迹聚合物(Cd-MPS)的电镜扫描图；

图3、图4为本发明实施例2的铅离子印迹聚合物(Pb-AAPTS)的电镜扫描图；

图5、图6为本发明实施例3的汞离子印迹聚合物(Hg-MPS)的电镜扫描图；

图7、图8为本发明实施例4的铜离子印迹聚合物(Cu-MPS)的电镜扫描图。

具体实施方式