分子印迹聚合物微球的制备与识别性能研究

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分子印迹聚合物是一类具有特异性识别能力的合成聚合物。其制备原理是在聚合的过程中引入模板分子,利用模板分子与可聚合的功能单体之间的相互作用形成复合物,然后在交联剂的作用下将模板分子固定在聚合物中,洗脱模板分子后,留下可与模板分子相互作用的结合位点和在形状上与模板分子互补的分子印迹孔穴,通过结合位点和分子印迹空穴的共同作用,印迹聚合物可以选择性的识别模板分子。由于印迹聚合物具有良好的化学稳定性和可设计性能,在色谱分离与提纯、固相萃取、生物和化学传感器、模拟酶催化以等领域均有着广泛的应用。传统的本体聚合方法制备的印迹聚合物为块状,需要经过研磨、筛分,制备过程复杂,而且所得的颗粒形状不规则,识别效率低下。而采用悬浮、乳液聚合所得的聚合物微球因含有表面活性剂,后处理工序复杂,且对印迹聚合物的吸附性能有一定的影响,从而限制了其应用领域。本文采用沉淀聚合的方法,以TNT为模板分子,AM为功能单体,EDMA为交联剂,乙腈为溶剂,AIBN为引发剂,首次成功地制备了可选择性识别TNT分子的印迹聚合物微球。本文详细地研究了沉淀聚合法制备印迹聚合物微球的实验条件,并用SEM对聚合产物形貌进行了表征,研究结果表明,聚合过程中溶剂、模板分子、交联剂、引发剂等的用量以及功能单体的种类均会对印迹聚合物的形貌构成影响。最佳的合成条件是采用AM为功能单体,在模板分子、功能单体、交联剂比例为为1:4:20时,制备的聚合物为规则的球形,其粒径为1μm~2μm。本文利用UV吸收光谱分析了模板分子TNT与功能单体之间的相互作用,通过FTIR、TGA、BET等手段对印迹聚合物微球的结构进行了表征,研究结果证实了TNT与功能单体之间存在相互作用,且在合成的印迹聚合物微球中形成了结合位点和分子印迹孔穴。通过平衡吸附实验和选择性吸附实验,研究了印迹聚合物的吸附性能和识别性能。研究结果表明,印迹聚合物微球的吸附平衡速度为传统印迹聚合物的一倍;在5mmol/L的TNT/乙醇溶液中,印迹聚合物微球的最大的平衡吸附量为100.59mmol/kg,而非印迹聚合物微球的最大平衡吸附量仅为43.66 mmol/kg。与非印迹聚合物相比,其吸附量显著增加。选择性吸附实验表明,印迹聚合物具有选择性识别能力,在吸附TNT和结构相似的o-MNT时,选择性识别因子为2.30。本文还尝试在印迹聚合物中引入磁性,实现在外加磁场条件下快速分离的目的。通过在印迹聚合物制备的过程中加入KH570改性后的磁性纳米粒子,首次成功地制备了磁性TNT分子印迹聚合物微球。该微球在外加0.52T磁场的作用下,分离速度明显提高,同非磁性印迹聚合物微球相比,磁性印迹聚合物的吸附能力和选择形识别能力略有降低,在5mmol/L的TNT/乙醇溶液中,磁性印迹聚合物的平衡吸附量为93.02mmol/kg,相对于o-MNT的选择性识别因子为2.06。
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