温敏型表面离子印迹聚合物的制备及性能研究

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温敏型表面离子印迹聚合物是一种对温度具有敏感性、对模板离子具有选择性和智能性脱附的表面印迹材料,可通过改变环境温度,实现对水体中重金属离子的智能性吸附和分离的目的,从而可以应用于水体中痕量重金属离子的分析和检测。以磁性碳纳米管为基质,N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)为温敏单体,甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)为共聚单体,以Pb2+或Ni2+为模板离子,过硫酸铵/亚硫酸氢钠为复合引发剂,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,通过反相悬浮聚合法制备两种温敏型表面离子印迹材料。1)以磁性碳纳米管为基质,MIPAM为温敏单体,以MMA为共聚单体,Pb2+为模板离子,制备温敏型Pb2+离子印迹材料(Pb2+-IIPs(NIPAM/MMA)),最优制备工艺条件为:以基质用量0.3 g,NIPAM用量为1 mmol,MMA用量为2mmol,硝酸铅76 mg,MBA用量0.1 g,引发剂为0.1 g/0.1 g;在以上实验的基础上,将共聚单体改为AM、AA,模板离子改为Ni2+,制备温敏型Ni2+离子印迹材料(Ni2+-IIPs(NIPAM/AM/AA)),最优制备工艺条件为:基质为0.2 g、引发剂0.1g/0.1 g、丙烯酸0.4 mL、NIPAM的用量为100 mg、AM用量为100 mg、0.1 mol/L的镍离子用量1.5 mL、MBA用量为50 mg。采用FT-IR、XRD、SEM、TEM和TG等分析方法,对材料的结构和性能进行了分析。2)考察两种印迹材料的吸附性能与温敏性能,结果表明:两种温敏印迹材料在pH=6时吸附效果均最佳,且具有较好选择吸附性和重复使用性;Pb2+-IIPs(NIPAM/MMA)在45℃时吸附量达到最佳,Ni2+-IIPs(NIPAM/AM/AA)在40℃时吸附量达到最佳;两者在25℃时的脱附效率均远大于在50℃时的脱附效率,实现了通过改变温度,来控制对Pb2+、Ni2+的吸附和脱附。3)对温敏离子表面印迹材料的吸附机理进行初步研究,采用准一级动力学方程和准二级动力学方程来研究两种印迹聚合物的的动力学吸附过程;通过Langmuir和Freundlich吸附热力学模型来研究两者的的等温吸附过程。结果表明:两种印迹材料的吸附动力学过程符合准二级动力学模型,吸附热力学过程符合Langmuir模型,证明两者的吸附过程均属于单层化学吸附。图41幅;表8个;参89篇。
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