[发明专利]一种吸附重金属离子的固体表面聚合物双层刷材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种一种吸附重金属离子的固体表面聚合物双层刷材料及其制备方法与应用。该双层刷材料将固体表面先采用高极性聚合单体来聚合生成内层聚合物刷，然后再采用低极性聚合单体接着聚合来生成外层聚合物刷，在固体表面上形成内部高极性、外部低极性的嵌段聚合物刷材料。本发明合成两亲性聚合物刷通过两种不同性能的聚合物链段的协同，以及不同链段长度组合，使得该聚合物刷表面有更好的重金属吸附能力。

技术领域

本发明属于固体表面的高分子改性技术领域，具体地涉及一种吸附重金属离子的固体表面聚合物双层刷材料及其制备方法与应用。

背景技术

聚合物刷一般认为是一层具有刷状结构的聚合物薄膜，即高分子链的一端连接于特定表界面的一种特殊聚合物结构。聚合物刷分子链之间由于相互作用的排斥力，使得未固定的一端沿着垂直于固定界面的方向伸展，形成类似于刷子的独特结构。

固体表面的聚合物刷通常通过表面引发聚合，在室温、低毒等环境友好的条件下，在固体支撑物表面上合成致密的聚合物刷。一些科技文献报道使用了功能性的单体来制备聚合物刷以实现一些特殊的功能，比如：使用敏感性的单体所制备的聚合物刷可以检测空气、水等介质中的污染物；使用极性单体所制备的聚合物刷对于一些金属离子有少量吸附作用；使用带有环糊精的聚合物刷来与液体中的金刚烷客体小分子来进行主客体络合。

其中，使用极性单体所制备的聚合物刷对于一些金属离子有少量吸附作用，受制于固体表面的聚合物刷的厚度，导致吸附量很低，进而导致敏感性也较弱，因而应用上受到很大限制。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种吸附重金属离子的固体表面聚合物双层刷材料及其制备方法与应用。通过本发明制备的固体表面聚合物双层刷材料利用两亲性支化聚合物的主客体化学的非特异性吸附/络合机理，即两亲性支化聚合物对极性或非极性客体的非特异性吸附。其中，两亲性对于吸附/络合作用有巨幅的增强作用。在本发明的技术方案中，在固体表面成的两亲性聚合物刷合成了一种内层高极性能而外层低极性能的聚合物刷，两种不同极性的聚合物链段的协同，以及不同链段长度的组合，使得该双层聚合物刷比单层聚合物刷对于重金属离子具有更好的吸附包埋能力。所吸附的金属离子通过还原得到金属纳米粒子，进一步证实了双层聚合物刷巨大的吸附包埋能力。且本发明的技术方案适用于生物芯片、微流量传感技术、医学、药物、环境治理等领域。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种吸附重金属离子的固体表面聚合物双层刷材料，将固体表面先采用高极性聚合单体来聚合生成内层聚合物刷，然后再采用低极性聚合单体接着聚合来生成外层聚合物刷，在固体表面上形成内部高极性、外部低极性的嵌段聚合物刷材料。具体包括以下步骤：

(1)将固体表面在乙醇和去离子水中超声清洗并干燥后，用浓H₂SO₄、H₂O₂体积比为2-7:1的prianha溶液处理固体表面0.5-1小时，经冲洗、吹干，得到羟基化固体表面。

(2)将步骤1得到的羟基化固体表面置于3-30wt％ATRP硅烷偶联剂溶液中，室温下反应12-48小时后，经冲洗，吹干，得到ATRP硅烷偶联剂修饰的固体表面；

(3)将ATRP硅烷偶联剂修饰的固体表面放入含有高极性聚合单体的溶液中，通氮气除氧后，依次加入铜盐与ATRP配体，在氮气保护下，室温反应1-72小时，取出冲洗、吹干，得到高极性聚合物刷修饰的固体表面；所述高极性聚合单体、铜盐与ATRP配体的摩尔比为50-1000:1:2-5。

(4)将步骤3所得高极性聚合物刷修饰的固体表面再次放在含有低极性聚合单体的溶液中，通氮气除氧后，依次加入铜盐与ATRP配体，在氮气保护下，室温反应1-72小时，取出冲洗、吹干，得到吸附重金属离子的固体表面聚合物双层刷材料。所述低极性聚合单体、铜盐与ATRP配体摩尔比为50-1000:1:2-5。