用于檢測和吸附銅離子的雙功能材料及其合成方法和應用技術

本發明專利技術公開了一種用于檢測和吸附銅離子的雙功能材料的合成方法，以生物相容的海藻酸鹽和殼聚糖為原料，通過羧基和氨基的縮合反應使其相結合，后在堿土金屬離子溶液中凝膠化，經干燥制備得到該雙功能材料，本發明專利技術還公開了該雙功能材料及其應用，該雙功能材料能夠快速檢測出水體中的銅離子，對銅離子靈敏度高、吸附率高、且可循環使用，適用于江河湖泊水質調查、企業工廠排水水質監測和生活用水、食品、人畜血液與體液以及通過處理各類固態樣品后獲得的各種水樣的檢測和處理，具有廣泛的應用價值。

Double functional material for detecting and adsorbing copper ion and synthetic method and application thereof

The invention discloses a method for the synthesis of bifunctional material detection and adsorption of copper ions, with alginate and chitosan biocompatibility as raw material, through the condensation reaction of carboxyl and amino to combine in alkaline earth metal ions in the solution gelation, after drying was prepared by the double functional material. The present invention also discloses the dual functional materials and applications, the dual functional materials can quickly detect copper ions in the water, the copper ion with high sensitivity, high adsorption rate, and can be recycled, suitable for rivers and lakes water quality survey, enterprise factory drainage water quality monitoring and water, food, livestock and blood fluid and various water samples obtained by processing all kinds of solid samples after testing and processing, and has wide application value.

【技術實現步驟摘要】
用于檢測和吸附銅離子的雙功能材料及其合成方法和應用
本專利技術屬于銅離子檢測領域，具體涉及一種用于檢測和吸附銅離子的雙功能材料及其合成方法和應用。
技術介紹
銅是人體必需的微量元素之一，但過量的銅會造成肝臟損傷和引發肺癌，所以國家生活飲用水衛生標準規定生活飲用水中含銅量須低于1.0mg/L。水體中銅離子主要來源于銅礦的開采和冶煉、電鍍和電器工業等。開發能夠快速檢測和吸附去除水體中銅離子的功能材料具有重要意義。目前，關于水體中銅離子的檢測，主要是通過金或銀納米粒子溶液比色檢測和儀器檢測來實現，其中金或銀納米粒子溶液比色檢測操作簡單，且適用于野外檢測，但其靈敏度易受水樣中其他成份干擾。儀器檢測主要是使用紫外-可見分光光度計、原子吸收分光光度計或等離子發射光譜儀等大型儀器對水樣進行檢測，需對樣品進行預處理，且測試費用較高。去除水體中銅離子的方法目前主要有化學沉淀法、離子交換法、膜過濾法、吸附法、反滲透、電化學等方法，其中吸附法由于操作簡便、處理效率高、可實現銅離子回收利用等特點越來越受到重視。已報道的銅離子吸附劑主要有農業廢棄物、無機納米材料、有機高分子聚合物等，這些銅離子吸附劑具有如下的缺點：(1)農業廢棄物吸附容量有限，且在使用過程中向釋放有機質，造成水體化學耗氧量(COD)升高；(2)納米材料吸附劑由于顆粒較小，回收困難不利于循環使用。(3)有機高分子聚合物，水溶性較差，只能應用于有機溶劑或有機溶劑和水的混合溶液；(4)只能吸附去除銅離子，不能同時實現銅離子的快速檢測。目前，有關用于檢測和吸附水體中銅離子的雙功能材料的報道較少。
技術實現思路
本專利技術的目的在于：提供了一種用于檢測和吸附銅離子的雙功能材料的合成方法及應用，所合成的雙功能材料適用于檢測和吸附水體中Cu2+，并且易于回收，可循環使用。為了實現上述專利技術目的，本專利技術提供如下技術方案：一種用于檢測和吸附銅離子的雙功能材料含有羧基和氨基功能基團及堿土金屬離子，能夠與Cu2+發生配位反應和離子交換反應；該雙功能材料結合Cu2+后，顯示出特有的藍色，其中，氨基和羧基的摩爾比大于1:1。優選地，氨基和羧基的摩爾比為1.5：1。優選地，一種用于檢測和吸附銅離子的雙功能材料的合成方法，包括如下步驟：(1)將功能試劑溶于緩沖溶液中，攪拌條件下，加入修飾劑和縮合劑進行反應，得到混合液；(2)在攪拌條件下，將步驟(1)制得的混合液滴入含堿土金屬離子的溶液，反應完全之后，經固液分離、洗滌、干燥，制得所述的雙功能材料。優選地，步驟(1)中所述的功能試劑為海藻酸鈉、海藻酸鉀或海藻酸中的至少一種；所述的修飾試劑為粘度≤200mPs·s的低粘度殼聚糖、甲基乙二醇殼聚糖或羧化殼聚糖中的至少一種；所述的縮合劑為1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽、2-(7-氧化苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯、N-羥基琥珀酰亞胺和1-羥基苯并三唑中的至少一種。優選地，步驟(1)中所述的功能試劑為海藻酸鈉；所述的修飾試劑為羧化殼聚糖；所述的縮合劑為1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽和N-羥基琥珀酰亞胺。優選地，步驟(1)中，反應溫度為1～90℃；反應時間大于2小時；所述的緩沖溶液pH為4.5～6.5。優選地，步驟(1)中，反應溫度為10～30℃；反應時間為6小時；所述的緩沖溶為pH5.5的2-(N-嗎啡啉)乙磺酸緩沖液。優選地，步驟(2)中所述的含堿土金屬離子的溶液為含鈣離子、鍶離子、鋇離子中的一種或多種離子的溶液；所述的干燥方法為真空干燥或真空冷凍干燥法。優選地，步驟(2)中所述的含堿土金屬離子的溶液為含鈣離子的水溶液。所述的干燥方法為真空冷凍干燥法。優選地，一種用于檢測和吸附銅離子的雙功能材料的應用，能用用于檢測環境中的水樣，也能夠檢測漂浮在大氣中的灰塵、食品樣品、人體或動物的血液及其他體液經過處理后獲得的水溶液。本專利技術的有益效果在于：(1)該專利技術基于雙功能材料與Cu2+的選擇性絡合，引起固體顏色變化，因此，可以利用比色法或紫外-可見分光光度計進行判定，即能快速地檢測出溶液中是否含有Cu2+，實現對水溶液中Cu2+的快速檢測與定量分析；(2)該雙功能材料屬宏觀多孔材料，易于固液分離；(3)該雙功能材料對銅離子具有靈敏的選擇性響應，能吸附銅離子；(4)該雙功能材料經過無機酸處理，可循環使用，具有廣闊的工業應用前景。附圖說明圖1為實施例1中雙功能材料的合成路線圖；圖2為實施例1中雙功能材料的紅外光譜圖；圖3為實施例13繪制得到的標準曲線圖。具體實施方式實施例1：合成雙功能材料圖1為本實施例中合成雙功能材料的化學反應路線圖，如圖1所示，具體過程如下：(1)稱取2.0g海藻酸鈉(粘度：200±20mPa·s)溶于98.0gpH5.5的MES(2-(N-嗎啡啉)乙磺酸)緩沖溶液中，攪拌條件下，加入0.15g1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽、0.12gN-羥基琥珀酰亞胺和3.0g羧化殼聚糖，25℃條件下反應6h，制得混合液；(2)攪拌條件下，采用10mL醫用注射器將步驟(1)制得的混合液逐滴滴入500mL0.25mol/L硝酸鈣溶液中，滴完后繼續攪拌30分鐘，經過濾，蒸餾水洗滌，制得海藻酸鈣-殼聚糖水凝膠；(3)將步驟(2)制得的海藻酸鈣-殼聚糖水凝膠浸泡于蒸餾水中，置于真空冷凍干燥機中冷凍、真空干燥，制得雙功能材料，該雙功能材料的紅外光譜圖如圖2所示。實施例2：合成雙功能材料(1)稱取2.0g海藻酸鉀溶于98.0gpH5.5的MES(2-(N-嗎啡啉)乙磺酸)緩沖溶液中，攪拌條件下，加入0.15g1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽、0.12gN-羥基琥珀酰亞胺和3.0g羧化殼聚糖，25℃條件下反應6h，制得混合液；(2)攪拌條件下，采用10mL醫用注射器將步驟(1)制得的混合液逐滴滴入500mL0.25mol/L硝酸鈣溶液中，滴完后繼續攪拌30分鐘，經過濾，蒸餾水洗滌，制得海藻酸鈣-殼聚糖水凝膠；(3)將步驟(2)制得的海藻酸鈣-殼聚糖水凝膠浸泡于蒸餾水中，置于真空冷凍干燥機中冷凍、真空干燥，制得雙功能材料。實施例2相對于實施例1的區別在于：將海藻酸鈉替換為海藻酸鉀。實施例3：合成雙功能材料(1)稱取2.0g海藻酸溶于98.0gpH5.5的MES(2-(N-嗎啡啉)乙磺酸)緩沖溶液中，攪拌條件下，加入0.15g1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽、0.12gN-羥基琥珀酰亞胺和3.0g羧化殼聚糖，25℃條件下反應6h，制得混合液；(2)攪拌條件下，采用10mL醫用注射器將步驟(1)制得的混合液逐滴滴入500mL0.25mol/L硝酸鈣溶液中，滴完后繼續攪拌30分鐘，經過濾，蒸餾水洗滌，制得海藻酸鈣-殼聚糖水凝膠；(3)將步驟(2)制得的海藻酸鈣-殼聚糖水凝膠浸泡于蒸餾水中，置于真空冷凍干燥機中冷凍、真空干燥，制得雙功能材料。實施例3相對于實施例1的區別在于：將海藻酸鈉替換為海藻酸。實施例4：合成雙功能材料(1)稱取2.0g海藻酸鈉溶于98.0gpH5.5的MES(2-(N-嗎啡啉)乙磺酸)緩沖溶液中，攪拌條件下，加入0.15g1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽、0.12gN-羥基琥珀酰亞胺和3.0g低粘度殼本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于檢測和吸附銅離子的雙功能材料，其特征在于：含有羧基和氨基功能基團及堿土金屬離子，能夠與Cu

【技術特征摘要】
1.一種用于檢測和吸附銅離子的雙功能材料，其特征在于：含有羧基和氨基功能基團及堿土金屬離子，能夠與Cu2+發生配位反應和離子交換反應；該雙功能材料結合Cu2+后，顯示出特有的藍色，其中，氨基和羧基的摩爾比大于1:1。2.根據權利要求1所述的用于檢測和吸附銅離子的雙功能材料，其特征在于：氨基和羧基的摩爾比為1.5：1。3.一種用于檢測和吸附銅離子的雙功能材料的合成方法，其特征在于：包括如下步驟：(1)將功能試劑溶于緩沖溶液中，攪拌條件下，加入修飾劑和縮合劑進行反應，得到混合液；(2)在攪拌條件下，將步驟(1)制得的混合液滴入含堿土金屬離子的溶液，反應完全之后，經固液分離、洗滌、干燥，制得所述的雙功能材料。4.根據權利要求3所述的用于檢測和吸附銅離子的雙功能材料的合成方法，其特征在于：步驟(1)中所述的功能試劑為海藻酸鈉、海藻酸鉀或海藻酸中的至少一種；所述的修飾試劑為粘度≤200mPs·s的低粘度殼聚糖、甲基乙二醇殼聚糖或羧化殼聚糖中的至少一種；所述的縮合劑為1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽、2-(7-氧化苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯、N-羥基琥珀酰亞胺和1-羥基苯并三唑中的至少一種。5.根據權利要求4所述的用于檢測和吸附銅離子的雙功能材料的合...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳根華，汪竹青，王敏，
申請(專利權)人：安慶師范大學，
類型：發明
國別省市：安徽,34