[发明专利]一种介孔硅复合铅离子印迹聚合物的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于材料制备和分离技术领域，涉及一种动态吸附水溶液中铅离子的材料的制备方法，尤其涉及一种介孔材料复合铅离子印迹聚合物的制备及动态吸附铅离子的应用。

背景技术

随着全球经济和社会的发展，采矿、电镀、涂料、电池等工业排放的废水中含有大量铅离子，给人体健康、动植物生长会带来巨大的危害。因此，建立可靠的方法分离测定环境样品中的铅具有重要的研究意义。目前对于环境金属污染物的分离检测手段主要有沉淀法、液-液萃取法、离子交换法、固相萃取法等，固相萃取相比于其他技术具有操作步骤简单、预处理时间短、易回收等优点已获广泛关注。但是，通常环境样品中铅的含量较低，而且铅离子的检测往往会受到环境中复杂基体的干扰，而传统的固相萃取方法中使用的吸附剂由于选择性差，不能对复杂的基质样品中的目标物进行高效选择性的分离和净化。因此，如何建立一种低廉、高效、选择性的分离检测技术实现对铅离子的检测分离具有重要的研究意义和价值。

在此背景条件下，离子印迹技术(Ion Imprinted Technology，IIT)应运而生。离子印迹技术来源于分子印迹技术(Molecular Imprinted Technology，MIT)，MIT是指以目标分子为模板制备对该分子具有特异性识别功能的高分子印迹聚合物的一种方法，是一种新型的具有靶向性的分离技术。离子印迹技术是印迹技术研究领域的一个新的分支，印迹后识别的是金属离子，仍保留分子印迹的构效预知性、特异识别性和广泛适用性等优点。随着分子（离子）印迹技术的发展，很多研究者利用薄膜和纳米等基质材料，制备更加均一和易得的分子（离子）印迹聚合物。介孔材料因具有良好的结构特性，如，大的比表面积和广泛的孔道分布，常被用作制备离子印迹聚合物的基质，但是传统的以介孔材料为基质制备的离子印迹聚合物存在印迹位点不均一，堵塞孔道，制备过程复杂等缺点。

共缩聚法，即在合成介孔二氧化硅的初始反应体系中，在表面活性剂（模板剂）存在的条件下，直接加入有机硅烷偶联剂和正硅酸四乙酯的混合物，利用溶胶凝胶聚合形成有机/无机杂化材料，之后通过溶剂萃取除去表面活性剂，从而直接得到带有功能基团的介孔材料，利用此方法制备的离子印迹聚合物具有官能团分布均匀，易制得，不会堵塞孔道等优点；同时，通过改变前驱体的种类和浓度，印迹聚合物粒子形态可以调节成各种形状和尺寸，使形貌可控。目前，结合分子印迹技术和共缩聚法制备介孔硅复合铅离子印迹聚合物的方法还未见报道。此外，现有印迹聚合材料的研究大部分集中于其静态性能的研究，在实际应用过程中存在很大的局限性，为了指导实际应用，动态分离检测研究对连续流动系统是非常必要的。

发明内容

解决的技术问题：针对现有技术的不足，本发明提供了一种结合分子印迹技术和共缩聚法制备介孔硅复合铅离子印迹聚合物的方法，进一步结合动态分离检测技术，建立适用于选择性分离检测铅离子的新方法。

技术方案：本发明提供的介孔硅复合铅离子印迹聚合物的制备方法，包括以下制备步骤：

(1)在30℃条件下将硝酸铅(Pb(NO₃)₂)和氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)或N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(AAPTS)，溶于离子水中，控制溶液中Pb(II)的浓度为4~40mmol/L，APTES或AAPTS与铅离子的浓度比为4:1，搅拌2h；将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶于离子水中，其中，控制CTAB的质量分数范围为0.8~8%，40℃超声1h后加入上述溶液中，混合搅拌1h；

(2)用2mol/L的氢氧化钠水溶液调节步骤(1)所得混合溶液的pH至8.0~12.0，在300~500rpm机械搅拌条件下滴加正硅酸四乙酯，其中，控制正硅酸四乙酯(TEOS)与Pb(II)的浓度比为1~10:1，滴加完毕后，混合搅拌2h；

(3)将步骤(2)所得的固液混合物装入反应釜，并将反应釜置于100~150℃条件烘箱48~96h；

(4)过滤收集固体产物，用水洗涤，然后用乙醇和2mol/L的盐酸混合溶液洗脱模板剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和模板铅离子，控制乙醇和盐酸的体积比为1:1，得到介孔硅复合铅离子印迹聚合物。

所述铅离子作用为模板离子；所述氨丙基三乙氧基硅烷或N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷作用为功能单体；所述十六烷基三甲基溴化铵作用为模板剂。

所述正硅酸四乙酯作用为交联剂；所述氢氧化钠水溶液作用为碱引发剂。

本发明提供的介孔硅复合铅离子印迹聚合物应用于动态吸附水溶液中的铅离子。