功能化介孔材料的制備及其在金屬污染物選擇性分離與生物傳感中的應(yīng)用.pdf

1、介孔材料是一類孔徑在2～50 nm之間、孔徑分布窄且具有規(guī)則孔道結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)多孔材料。由于其具有比表面積大,傳質(zhì)均一,吸附容量高等特性,逐漸應(yīng)用于分離科學(xué),特別是其特有的長(zhǎng)程有序介孔結(jié)構(gòu)和孔道內(nèi)外豐富的硅醇基為其功能化組裝提供了有利條件。
　　 本課題采用對(duì)目標(biāo)化合物具有特定識(shí)別功能的分子印跡技術(shù)合成具有介孔結(jié)構(gòu)的高選擇性、大吸附容量、優(yōu)良再生性能的新型固相萃取吸附劑,建立針對(duì)目標(biāo)污染物的靶向分離／富集體系,探討其在環(huán)境金屬污染物

2、選擇性分離／富集中的應(yīng)用；同時(shí)通過(guò)制備金屬摻雜改性的介孔材料并對(duì)酶進(jìn)行固載,探討改性介孔材料的電催化性質(zhì)和固載酶的生物催化活性。主要研究結(jié)果如下:
　　 1.表面印跡改性介孔材料的制備及其表征應(yīng)用接枝共聚法和溶膠凝膠法結(jié)合表面印跡技術(shù)合成了能選擇性吸附模板離子Co(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅲ)的表面印跡改性介孔材料,運(yùn)用FT-IR、SEM、XRD、TEM及N2吸附-脫附實(shí)驗(yàn)等手段對(duì)印跡聚合物進(jìn)行了表征,證明合成的印跡聚合物具有高

3、度有序的介孔結(jié)構(gòu)。
　　 2.表面印跡改性介孔材料在環(huán)境金屬污染物選擇性分離／富集中的應(yīng)用研究
　　 (1)Co(Ⅱ)在Co(Ⅱ)-ⅡP上的吸附行為符合準(zhǔn)二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程,吸附過(guò)程受粒子內(nèi)擴(kuò)散模型控制。Co(Ⅱ)-ⅡP對(duì)溶液中Co(Ⅱ)的吸附行為與Langmuir方程較為符合,室溫下最大理論吸附容量為39.26 mg／g。Co(Ⅱ)-ⅡP比非印跡聚合物對(duì)Co(Ⅱ)具有更好的親和力和選擇性。吸附的Co(Ⅱ)可定量洗脫,吸

4、附劑可重復(fù)使用。
　　 (2)Pb(Ⅱ)-ⅡP對(duì)Pb(Ⅱ)的吸附表現(xiàn)出快的吸附速率、高選擇性和令人滿意的吸附容量。吸附行為符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程和Langmuir等溫吸附模型,吸附過(guò)程受內(nèi)擴(kuò)散和表面反應(yīng)過(guò)程共同控制,孔擴(kuò)散比膜擴(kuò)散起更加主導(dǎo)的作用。該吸附劑用于水樣和泥土樣品中Pb(Ⅱ)的分離和測(cè)定,效果滿意。
　　 (3)建立了以Cr(Ⅲ)-ⅡP為固相萃取吸附劑,ICP-AES和UV為檢測(cè)手段,對(duì)Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅳ)進(jìn)行

5、形態(tài)分析和分離／富集／測(cè)定的新方法。比較了Cr(Ⅲ)印跡離子在Cr(Ⅲ)-ⅡP和非印跡聚合物上的吸附動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)行為,研究了兩者對(duì)印跡離子的選擇性識(shí)別能力,表明Cr(Ⅲ)-ⅡP對(duì)Cr(Ⅲ)具有高的選擇性和理想的吸附容量。用于實(shí)際樣品測(cè)定,效果滿意。
　　 3.金屬摻雜改性介孔材料的制備及其在生物傳感中的應(yīng)用研究
　　 (1)采用聚合物物理包埋法制備了納米CoMCM-41修飾玻碳電極并用SEM進(jìn)行了表征。用循環(huán)伏安(CV

6、)和差示脈沖電流法(DPV)研究了抗壞血酸(AA)和多巴胺(DA)在修飾電極上的電化學(xué)行為,得到了氧化電位完全分開(kāi)的電位型傳感器。傳感器具有良好的選擇性、重現(xiàn)性及高靈敏度,可用于實(shí)際樣品中AA和DA的同時(shí)測(cè)定。
　　 (2)利用電沉積法制備了納米NiMCM-41修飾電極膜并用于固定辣根過(guò)氧化物酶(HRP)。以對(duì)苯二酚為電子媒介體,HRP對(duì)過(guò)氧化氫響應(yīng)的線性范圍為3.52×10-6～1.31×10-3mol／L,檢出限為1.17×

7、10-6mol／L(S／N=3),米氏常數(shù)值為1.47mmol／L,說(shuō)明固定化的HRP有較高的活性,且與H2O2有較強(qiáng)的親和能力。
　　 (3)利用常壓微波法合成了TiSBA-15改性介孔材料,通過(guò)一步電沉積法將TiSBA-15、CTS和乙酰膽堿酯酶(AChE)共固定于金電極表面。底物乙酰硫代膽堿在修飾電極上具有穩(wěn)定的電化學(xué)響應(yīng),有機(jī)磷農(nóng)藥西維因?qū)ChE抑制效率在0.005～0.1μg／mL和0.5～5μg／mL兩段線性范圍內(nèi)