羧基磁性聚苯乙烯微球的合成及应用

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磁性高分子微球(Magnetic polymer Microspheres)是指通过适当的方法使有机高分子与无机磁性颗粒结合起来形成的具有一定磁性及特殊结构的微球。因其具有磁性可在外加磁场作用下方便迅速地分离,又具有高分子微粒子的特性而受到广泛的关注。在细胞分离、固定化酶、免疫测定、靶向药物、化学分离和分析、有机和生化合成、环境/食品微生物检测等领域都有着广阔的应用前景。   本文以蔗糖水溶液为反应体系,以苯乙烯、丙烯酸、二乙烯苯为单体,采用悬浮共聚合的方法合成了Fe3O4为核,聚苯乙烯为壳层的微米级交联羧基磁性聚苯乙烯微球。羧基磁性聚苯乙烯微球最佳的合成工艺条件为:5%浓度的蔗糖水溶液60ml,18g苯乙烯单体、1.8g丙烯酸、1g稳定剂PVA、0.6g自制Fe3O4磁流体、0.2g引发剂AIBN、0.3g交联剂DVB、反应时间为10h、合成温度78℃、600r/min的搅拌速度。在最佳条件下合成的羧基磁性聚苯乙烯微球的粒径在40μm~70μm之间,具有较好的单分散性;饱和磁强度可达到7.62emu/g,具有超顺磁性;表面羧基含量达到1.4762mmaol/g。并对羧基磁性聚苯乙烯微球进行了红外光谱表征、热重分析、扫描电镜观察,同时还讨论了羧基磁性聚苯乙烯微球的合成原理。   本文将合成的羧基磁性聚苯乙烯微球用于蛋白质的吸附。研究结果表明:羧基磁性聚苯乙烯微球对牛血清白蛋白(BSA)的吸附,在pH=4.7的乙酸-乙酸钠缓冲液的配制下,T=30℃、BSA初始浓度为0.3mg/mL、羧基磁性微球30mg吸附2h后,吸附量可达到113.0mg/g。且带羧基的磁性微球比无羧基的磁性微球对BSA的吸附效果更好。根据文献参考,羧基磁性微球对BSA的吸附机理主要是通过氢键及静电作用对BSA进行吸附。   本文将合成的羧基磁性微球对模拟水中重金属离子的吸附实验结果表明,在pH=5,温度为25℃时,采用0.20g微球吸附初始浓度为100mg/L的金属离子lh,吸附量达到最大,并且在相同条件下吸附量按Ni2+>Cu2+>pb2+依次递减。Cu2+的最大吸附量为6.031mg/g,Ni2+的最大吸附量为6.387mg/g,Pb2+的最大吸附量为4.513mg/g。猜测羧基磁性微球对重金属离子的吸附机理为:羧基磁性微球表面含有羧基,能以一对孤电子对与金属离子形成配位键,从而达到吸附分离金属离子的目的。   羧基磁性微球对Cu2+、Ni2+和pb2+吸附动力学研究表明,羧基磁性微球中的羧基使重金属离子溶液能在微球表面迅速润湿,加快重金属离子向微球的扩散速率,在吸附开始阶段迅速提高对Cu2+、Ni2+和pb2+的吸附量。羧基磁性微球对Cu2+、Ni2+和Pb2+的吸附快慢程度为pb2+、Cu2+、Ni2+依次递减。通过等温吸附实验可知,羧基磁性微球对Cu2+、Ni2+和pb2+的吸附能同时符合Langmuir及Freundlich吸附等温线,但更符合Langmuir吸附等温线规律,表明了吸附实验的准确性。   本文羧基磁性聚苯乙烯微球的合成采用的蔗糖水溶液反应体系,此反应体系中的蔗糖可充当助稳定剂的作用,且具有后处理简单,无需大量有机溶剂,对环境无污染,因此具有较好的应用价值。
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