阴离子单体表面引发接枝聚合法制备农药分子表面印迹材料及其分子识别与结合特性研究

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在现代农业技术中,广泛使用各种高效的杀虫剂与除草剂,而这些农药化合物一般又难于降解,结果造成了在土壤中大量残留与累积。这些农药残留物会通过各种自然渠道转移至水体中,引起地表水和地下水的污染,对人体健康造成了极大的威胁。因此,农药残留物已成为目前水体污染的重要污染源,设法从水环境中去除残留农药,是一项刻不容缓的环境治理课题。本课题采用新型表面分子印迹技术,制备高性能农药分子表面印迹材料,深入研究对农药分子的识别选择性与结合亲和性。本研究在采用分子印迹固相萃取技术去除水介质中的农药污染物方面,具有明显的创新性,也具有潜在的应用前景。首先使用偶联剂Y-氨丙基三甲氧基硅烷(AMPS)对微米级硅胶微粒进行表面改性,制得改性微粒AMPS-SiO2;使改性微粒AMPS-SiO2表面的氨基与溶液中的过硫酸盐构成氧化-还原引发体系,实施了对苯乙烯磺酸钠(SSS)在硅胶微粒表面的高效引发接枝聚合,将阴离子聚电解质聚对苯乙烯磺酸钠(PSSS)接枝于硅胶微粒表面,制得了接枝微粒PSSS/SiO2。深入研究了影响表面引发接枝聚合反应的主要因素,并最终确定了最佳接枝条件:温度为40℃,单体浓度为12%,引发剂浓度为1.0wt%。在此条件下,可制备出接枝度高达22.35mg/g的接枝微粒PSSS/Si02。在此基础上重点研究了接枝微粒PSSS/SiO2对抗蚜威分子的吸附特性与吸附机理。研究结果表明,接枝微粒PSSS/SiO2对抗蚜威分子具有很强的吸附作用,吸附的驱动力是静电相互作用力。在抗蚜威溶液的pH=4时,接枝微粒PSSS/SiO2对抗蚜威的吸附容量最高。温度对接枝微粒的吸附性能也产生很大的影响,吸附容量随温度的升高而降低。接着以对苯乙烯磺酸钠为功能单体,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,抗蚜威为模板分子,在pH=4的条件下,制得了抗蚜威表面印迹材料MIP-PSSS/SiO2。以残杀威为对比物,采用静态与动态两种方法,考察研究了分子表面印迹材料MIP-PSSS/SiO2对抗蚜威的分子识别与结合性能。研究结果表明,印迹材料MIP-PSSS/SiO2对抗蚜威分子具有特异的识别选择性与优良的结合亲和性。相对于残杀威分子,抗蚜威印迹材料MIP-PSSS/SiO2对抗蚜威分子的识别选择性系数为9.373,显示出高的分子识别选择性。此外,印迹材料MIP-PSSS/SiO2也具有良好的解吸性能,以稀NaOH水溶液为洗脱液,16个床体积内解吸率可达到99.67%。模板分子用量和交联剂的用量对印迹材料的选择性系数也有一定的影响,最佳单体与交联剂物质量比值为5:1,最佳单体与模板分子物质量比值为4:1。最后,通过实验研究发现,溶液的pH=2时接枝微粒PSSS/SiO2与特丁津分子之间产生最大静电相互力。本研究又以阿特拉津为模板分子,对苯乙烯磺酸钠为功能单体,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,在pH=2的水溶液体系中实施阿特拉津分子的表面印迹,成功制备得到了阿特拉津分子表面印迹材料MIP-PSSS/SiO2,并研究了阿特拉津印迹材料对模板分子阿特拉津的识别和结合特性。相对于对比物抗蚜威分子,印迹之前,NMIP-PSSS/SiO2对阿特拉津的吸附选择系数仅为1.06,而印迹之后,分子印迹材料MIP-PSSS/SiO2的吸附选择系数则提高至8.79,表明阿特拉津表面印迹材料MIP-PSSS/SiO2对水介质中的阿特拉津具有特异性识别性能,而对对比物抗蚜威分子不识别不结合。此外,印迹材料MIP-PMAA/SiO2具有良好的洗脱性能。
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