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金属离子印迹聚合物是一类新型的离子识别材料,是分子印迹技术研究的一个新领域。与分子印迹聚合物类似,主要区别是在发生印迹反应后前者识别的是金属离子,而后者识别的是有机分子。由于制备的金属离子印迹聚合物具有分子印迹聚合物的一切优点,因此已被广泛的应用于固相萃取、分离和富集等各个领域,为重金属污染的治理开辟了一条新途径。
本文合成了一种席夫碱型的配体-N-(2-亚甲基吡啶)丙烯酰肼,并以丙烯酰胺(AM)和N-(2-亚甲基吡啶)丙烯酰肼为功能单体,二乙烯基苯(DVB)为交联剂,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,甲醇为溶剂,在镍离子存在的情况下采用本体聚合法制备了两种镍离子(Ⅱ)印迹聚合物(Ni(Ⅱ)-ⅡP)。为了得到最佳合成条件,通过设计正交实验考察了Ni2+/单体、单体/交联剂的摩尔比,以及溶剂用量对镍离子(Ⅱ)印迹聚合物吸附性能的影响,并用红外光谱(IR)对所制备的配体、配合物、Ni(Ⅱ)-ⅡP和NIP(非印迹聚合物)的结构进行表征,用ICP-AES对聚合物吸附前后的镍离子含量进行测定。重点研究了两种镍离子印迹聚合物的洗脱处理条件;吸附时间、镍离子的初始浓度和pH值对Ni(Ⅱ)-ⅡP吸附量的影响。通过测定和对比Ni(Ⅱ)-ⅡP、NIP对镍离子和其它干扰离子的吸附量(Q)、选择性系数(K)、分配系数(Kd)和相对选择性系数(K’),研究了Ni(Ⅱ)-ⅡP对模板离子的吸附选择性,并对其选择性行为进行了机理探讨,并讨论了Ni(Ⅱ)-ⅡP的再生性能。
通过实验得出如下结论:
(1)以吡啶-2-甲醛和合成的丙烯酰肼为原料,合成了一种席夫碱配合物N-(2.亚甲基吡啶)丙烯酰肼,并成劝的应用于印迹聚合物的制备。
(2)在Ni2+/功能单体摩尔比为1:4、功能单体/交联剂摩尔比为1:5、溶剂体积为10mL的最佳条件下成功的制备了分别以丙烯酰胺(AM)和N-(2-亚甲基吡啶)丙烯酰肼为功能单体的镍离子印迹聚合物。
(3)通过实验发现,以丙烯酰胺为功能单体的Ni(Ⅱ)-ⅡP,用2mol/L HC1作为洗脱剂、吸附溶液的pH=8时,具有最佳的吸附效果,其最大吸附量为1.26mg/g,吸附平衡时间为35min;以N-(2-亚甲基吡啶)丙烯酰肼为功能单体制备的聚合物经0.1M EDTA洗脱处理后,在吸附溶液的pH=5.5~7的情况下,具有最佳的吸附效果,其最大吸附量为8.5mg/g,吸附平衡时间为30min。在镍离子初始浓度不同的情况下,研究了Ni(Ⅱ)-ⅡP的等温吸附行为,结果表明其吸附过程符合Langmuir方程,分别为Ce/Q=0.0977Ce+2.0626,R2=0.9979;Ce/Q=0.0977Ce+2.0626,R2=0.9979。
(4)实验结果显示,两种Ni(Ⅱ)-ⅡP对Ni(Ⅱ)的相对选择系数(K)相对其它金属离子远远大于1,表明镍离子印迹聚合物对镍离子具有明显的选择识别性。且5次重复实验的吸附量(Q)变化不大,说明Ni(Ⅱ)-ⅡP具有稳定的重复利用性。
(5)通过机理探讨发现以席夫碱为代表的多齿配体与镍离子形成的配合物稳定性更强,合成的分子印迹聚合物的选择性更高,性能更好,为功能单体的选择提供了理论依据。