铜离子印迹多孔材料制备及性能研究(附件)【字数：12340】
摘 要摘 要随着现代工业的快速发展，含铜废水排放量越来越大，严重危害自然环境和人类的健康。本文以壳聚糖为功能单体，硅胶为载体，铜离子为模板离子，γ-（2 -3环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷（KH-560）为偶联剂，利用溶胶-凝胶法和表面离子印迹技术合成了一种新型铜离子印迹多孔材料，用于含铜废水的吸附处理；采用静态吸附法考察了吸附体系pH、吸附剂用量、静置吸附时间对吸附性能的影响。论文采用单因素分析法确定了合成印迹多孔材料制备工艺条件2.2 g壳聚糖，4 m mol铜离子，19 mL的偶联剂，印迹反应时间为6 h。采用静态吸附法考察印迹多孔材料对铜离子吸附性能的影响，实验表明吸附体系pH为5、印迹多孔材料吸附剂用量为0.4 g、静置吸附时间为5 h，吸附性能表现最佳，吸附率达到83%。在混合液体中，铜离子印迹多孔材料表现出较高的特异选择性吸附，对铜离子的吸附率达到80%，而对其它四种重金属离子的吸附率很低，均低于30%。饱和吸附容量实验中，印迹多孔材料和非印迹材料的吸附容量分别为36.3 mg/g和16.7 mg/g，印迹多孔材料的饱和吸附容量是非印迹材料的2.2倍。通过扫描电镜对印迹多孔材料的表征，发现材料表面大量的印迹空穴的形状、尺寸、官能团与铜离子相匹配，对印迹离子的识别性较高，表现出了较高的特异吸附性，同时对铜离子的饱和吸附容量也很大。关键词印迹技术；多孔材料；吸附性；印迹空穴
Key words: imprinting technology; porous materials; adsorption; imprinted hole 目 录
第一章 绪论 1
1.1分子（离子）印迹技术 1
1.1.1分子印迹技术原理 1
1.1.2金属离子印迹技术 2
1.1.3印迹材料 2
1.1.4印迹技术的应用 3
1.2多孔材料概述 3
1.2.1多孔材料的概念 3
1.2.2多孔材料的分类 4
1.2.3 多孔材料的研究现状及发展前景 4
1.3 材料制备主要方法 5
1.3.1溶胶凝胶法 5
1.3.2表面分子印迹技术 5
1.4 重金属的污染及去除技术 6 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
1.4.1重金属离子污染 6
1.4.2 重金属离子去除技术 7
1.5本文研究的目的、意义及内容 7
1.5.1本文研究的目的及意义 7
1.5.2本文研究的内容 8
第二章 铜离子印迹多孔材料的制备及表征 10
2.1 引言 10
2.2 实验部分 10
2.2.1 实验原料及仪器 10
2.2.2 多孔材料的制备 11
2.2.3 铜离子标准曲线的制定 13
2.3 实验结果与讨论 14
2.3.1 扫描电镜分析 14
2.4 本章小结 15
第三章 铜离子印迹多孔材料性能探究 16
3.1 引言 16
3.2 印迹多孔材料吸附性能影响因素 16
3.3.1实验所需试剂及仪器 16
3.2.2 吸附体系pH的影响 16
3.2.3吸附剂用量的影响 18
3.2.4吸附静置时间的影响 19
3.2.5结果与讨论 20
3.3多孔材料选择性吸附研究 20
3.3.1试剂及仪器 20
3.3.2 试验方法 20
3.3.3结果与讨论 21
3.4 比较印迹与非印迹材料的饱和吸附容量 21
3.4.1试剂与仪器 21
3.4.2试验方法 22
3.4.3结果与讨论 22
3.5 探索提出印迹多孔材料的印迹吸附机理 23
3.6 本章小结 24
结 论 26
致谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
1.1分子（离子）印迹技术
1.1.1分子印迹技术原理
分子印迹技术是通过化学键把模板分子与功能单体结合起来，在交联剂的作用下进行共聚，洗脱除去材料表面包埋的模板分子，形成一种交联高聚物的技术。这种具有确定的空间结构、固定空穴大小以及功能团的特异高聚物，就是分子印迹聚合物[1]， 它被形象地称为制造识别“分子钥匙”的“人工锁”技术[2]。
分子印迹过程一般包含三个部分：（1）在合适的介质中，模板分子同功能单体通过共价键或非共价键作用形成配合物。（2）加入偶联剂，在偶联剂的诱发下，在配合物的周围发生聚合反应，最终形成聚合物。在这一过程中，聚合物链将配合物安置到聚合物的立体结构中。（3）洗脱或解离出聚合物中的模板分子，在聚合物的表面得到与模板分子形状、大小、官能团相匹配的三维印迹空穴，即活性位点。洗脱后的聚合物中留下了大量的空穴，这些空穴可以与模板分子重新结合起来，因此材料具有强大的特异选择性，实现对特异目标分子的识别性[3]。
印迹聚合物所用的功能单体以及最终形成的印迹空穴的结构，取决于模板分子的结构和性质。因此，利用不同模板分子的性质和结构能够制备出不同特异选择性的分子印迹聚合物。
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图11 分子印迹技术基木原理示意图[4]
1.1.2金属离子印迹技术
离子印迹技术与分子印迹的基本原理相同，主要是以金属离子为模板，制备出具有选择吸附性的高分子材料的方法， 离子印迹技术属于分子印迹技术的延伸，目前的研究还处于初步发展阶段。离子印迹技术通过功能单体与印迹金属离子的配位产生活性位点和空间结构，然后把包埋在印迹聚合物中的印迹离子洗脱掉，在聚合物的内部形成与印迹离子完全匹配的印迹位点，这项技术被广泛应用于吸附剂制备、色谱分离、生物传感器等领域[1]。
离子印迹聚合物的制备方法较多，主要包括溶液聚合法、原位聚合法、悬浮聚合法以及膜印迹和表面印迹法等。一般的聚合方法是将功能单体分散均匀地分布在模板离子的周围，经过与模板离子的配位、交联聚合，之后干燥聚合物，将其研磨、筛分，得到含有模板离子的聚合物，最后除去模板离子，从而得到离子印迹聚合物。但是制备的过程通常会存在以下缺点，即除去模板离子比较困难，印迹活性位点包埋过深，模板离子扩散阻力较大，利用率较低，传质速度慢等[1]。
近几年表面印迹技术得到了大力发展，表面印迹技术主要是在印迹聚合物的制备过程中引入载体，将识别位点建立在载体表面上，这样便解决了模板离子包埋过深难洗脱的缺点，提高了模板离子与结合位点的识别速度，同时提高了分离效率，此外表面印迹技术还有一大特点，即利用载体的机械稳定性，通过不同载体的性能以适应应用的需要。目前为止，以硅胶为载体的表面印迹技术是广大研究学者的研究热点。
Key words: imprinting technology; porous materials; adsorption; imprinted hole 目 录
第一章 绪论 1
1.1分子（离子）印迹技术 1
1.1.1分子印迹技术原理 1
1.1.2金属离子印迹技术 2
1.1.3印迹材料 2
1.1.4印迹技术的应用 3
1.2多孔材料概述 3
1.2.1多孔材料的概念 3
1.2.2多孔材料的分类 4
1.2.3 多孔材料的研究现状及发展前景 4
1.3 材料制备主要方法 5
1.3.1溶胶凝胶法 5
1.3.2表面分子印迹技术 5
1.4 重金属的污染及去除技术 6 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
1.4.1重金属离子污染 6
1.4.2 重金属离子去除技术 7
1.5本文研究的目的、意义及内容 7
1.5.1本文研究的目的及意义 7
1.5.2本文研究的内容 8
第二章 铜离子印迹多孔材料的制备及表征 10
2.1 引言 10
2.2 实验部分 10
2.2.1 实验原料及仪器 10
2.2.2 多孔材料的制备 11
2.2.3 铜离子标准曲线的制定 13
2.3 实验结果与讨论 14
2.3.1 扫描电镜分析 14
2.4 本章小结 15
第三章 铜离子印迹多孔材料性能探究 16
3.1 引言 16
3.2 印迹多孔材料吸附性能影响因素 16
3.3.1实验所需试剂及仪器 16
3.2.2 吸附体系pH的影响 16
3.2.3吸附剂用量的影响 18
3.2.4吸附静置时间的影响 19
3.2.5结果与讨论 20
3.3多孔材料选择性吸附研究 20
3.3.1试剂及仪器 20
3.3.2 试验方法 20
3.3.3结果与讨论 21
3.4 比较印迹与非印迹材料的饱和吸附容量 21
3.4.1试剂与仪器 21
3.4.2试验方法 22
3.4.3结果与讨论 22
3.5 探索提出印迹多孔材料的印迹吸附机理 23
3.6 本章小结 24
结 论 26
致谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
1.1分子（离子）印迹技术
1.1.1分子印迹技术原理
分子印迹技术是通过化学键把模板分子与功能单体结合起来，在交联剂的作用下进行共聚，洗脱除去材料表面包埋的模板分子，形成一种交联高聚物的技术。这种具有确定的空间结构、固定空穴大小以及功能团的特异高聚物，就是分子印迹聚合物[1]， 它被形象地称为制造识别“分子钥匙”的“人工锁”技术[2]。
分子印迹过程一般包含三个部分：（1）在合适的介质中，模板分子同功能单体通过共价键或非共价键作用形成配合物。（2）加入偶联剂，在偶联剂的诱发下，在配合物的周围发生聚合反应，最终形成聚合物。在这一过程中，聚合物链将配合物安置到聚合物的立体结构中。（3）洗脱或解离出聚合物中的模板分子，在聚合物的表面得到与模板分子形状、大小、官能团相匹配的三维印迹空穴，即活性位点。洗脱后的聚合物中留下了大量的空穴，这些空穴可以与模板分子重新结合起来，因此材料具有强大的特异选择性，实现对特异目标分子的识别性[3]。
印迹聚合物所用的功能单体以及最终形成的印迹空穴的结构，取决于模板分子的结构和性质。因此，利用不同模板分子的性质和结构能够制备出不同特异选择性的分子印迹聚合物。
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图11 分子印迹技术基木原理示意图[4]
1.1.2金属离子印迹技术
离子印迹技术与分子印迹的基本原理相同，主要是以金属离子为模板，制备出具有选择吸附性的高分子材料的方法， 离子印迹技术属于分子印迹技术的延伸，目前的研究还处于初步发展阶段。离子印迹技术通过功能单体与印迹金属离子的配位产生活性位点和空间结构，然后把包埋在印迹聚合物中的印迹离子洗脱掉，在聚合物的内部形成与印迹离子完全匹配的印迹位点，这项技术被广泛应用于吸附剂制备、色谱分离、生物传感器等领域[1]。
离子印迹聚合物的制备方法较多，主要包括溶液聚合法、原位聚合法、悬浮聚合法以及膜印迹和表面印迹法等。一般的聚合方法是将功能单体分散均匀地分布在模板离子的周围，经过与模板离子的配位、交联聚合，之后干燥聚合物，将其研磨、筛分，得到含有模板离子的聚合物，最后除去模板离子，从而得到离子印迹聚合物。但是制备的过程通常会存在以下缺点，即除去模板离子比较困难，印迹活性位点包埋过深，模板离子扩散阻力较大，利用率较低，传质速度慢等[1]。
近几年表面印迹技术得到了大力发展，表面印迹技术主要是在印迹聚合物的制备过程中引入载体，将识别位点建立在载体表面上，这样便解决了模板离子包埋过深难洗脱的缺点，提高了模板离子与结合位点的识别速度，同时提高了分离效率，此外表面印迹技术还有一大特点，即利用载体的机械稳定性，通过不同载体的性能以适应应用的需要。目前为止，以硅胶为载体的表面印迹技术是广大研究学者的研究热点。
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