[发明专利]一种磁性氧化石墨烯分子印迹复合材料的制备方法及应用

摘要

本发明涉及一种磁性氧化石墨烯分子印迹复合材料（MGO-MIP）的制备方法及其应用，复合材料以氧化石墨烯（GO）为载体，在其表面修饰Fe₃O₄磁性成分，并将氯贝酸（CA）分子印迹聚合物均匀的分布在磁性氧化石墨烯片层表面，形成具有高效和选择性的复合材料。MGO-MIP的印迹几何尺寸、结合位点与CA特异性吻合；本发明的磁性氧化石墨烯分子印迹复合材料制备简单、方便；聚合物颗粒均匀，比表面积以及孔容大，对CA分子的立体结构具有特殊的记忆识别功能，对于水体中的CA具有高度的亲和性和选择性；本发明用于地表水中CA的选择性去除并和其他吸附材料相比，得到了更好的效果。

主权项

一种磁性氧化石墨烯分子印迹复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：（1）氧化石墨烯GO的合成：在冰水浴中装好2000 mL烧杯，将天然鳞片石墨在搅拌下缓慢加入到装有150‑250 mL浓硫酸的烧杯中，维持温度在(0±5) ºC，再先后缓慢连续加入3‑5 g硝酸钠与15‑30 g高锰酸钾的混合物，加入时控制反应温度不超过15‑25 ºC，KMnO₄加入后，将反应温度逐渐升温到 30‑35 ºC，并在恒温水浴中搅拌15‑45 min，再缓慢加人100‑500 mL去离子水，使温度逐渐上升至70‑100 ºC，在此温度下维持10‑20 min后，用温水将混合物稀释到1000‑1500 mL，倒入100‑500 mL 30%过氧化氢溶液，其目的是除去剩余的高锰酸钾，并通过产生的气体将GO片层撑开，此时溶液会逐渐从棕黄色变为亮黄色；最后将溶液离心，并分别用无水乙醇、5% HC1溶液和去离子水充分洗涤并离心，直至滤液中无硫酸根离子，于50 ºC在真空干燥箱干燥48 h，密封保存待用；（2）磁性氧化石墨烯的合成：将步骤(1)得到的氧化石墨烯粉末1.0‑2.0 g置于圆底烧瓶中，向圆底烧瓶内缓慢倒入150‑300 mL二甲基甲酰胺和水，超声10‑60 min，使GO 在二甲基甲酰胺中分散均匀；然后在混合物中加入0.5‑1.5 g Fe₃O₄，将混合物升温到140‑155 ºC，反应时间为3‑5 h，升温速率5~10 ºC /min冷凝回流，反应后冷却，用永久性磁铁将磁性氧化石墨烯从液体中分离，并用去离子水清洗三次，于冷冻干燥器中干燥24 h 后保存待用；（3）磁性氧化石墨烯分子印迹复合材料的合成：将0.1‑1.2 mmol模板分子溶解于20‑130 mL致孔剂中，超声10‑60 min后备用，所获得的混合溶液为预组装溶液；在反应容器中加入步骤(2)得到的磁性氧化石墨烯颗粒0.1‑10.0 g、油酸1.0‑10.0 mL，超声5~20 min后，加入1‑10 mmol交联剂和预组装溶液，混合超声5~60 min；所获得的混合溶液为预聚合溶液；向预聚合溶液中加入1.0‑10.0 g分散剂、100‑500 mL的致孔剂，混合均匀后，冰浴状态下加入0.1‑1.0 g引发剂，向反应液中通入5~20 min氮气，去除反应器中氧气，氮气状态下密封；将反应容器置于恒温旋转培养箱中，按照0.2~0.5 ºC /min升温速率，升温至45~83 ºC，并在该温度下高速旋转反应8~45 h，形成磁性氧化石墨烯分子印迹复合材料，所述模板分子为氯贝酸； （4）磁性氧化石墨烯分子印迹复合材料的洗脱：磁性氧化石墨烯分子印迹复合材料置于甲醇和乙酸组成的溶剂中采用索氏提取法去除模板分子，索氏提取的时间为10‑120 h，得到MGO‑MIP，其中：甲醇与乙酸的体积比为(1‑10):(10‑1)。