特異性吸附汞離子PVA/PEI-T納米纖維膜的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種特異性吸附汞離子PVA/PEI-T納米纖維膜的制備方法，包括：（1）將胸腺嘧啶-1-乙酸溶于水中，加入EDC，攪拌2～5h，得溶液，然后加入PEI溶液，攪拌反應(yīng)，透析、冷凍干燥，得到PEI-T；（2）將PVA水溶液和上述PEI-T，混合，得聚乙烯醇PVA/PEI-T溶液，靜電紡絲，戊二醛蒸汽交聯(lián)，漂洗，真空干燥，即得PVA/PEI-T納米纖維膜。使用方法：將汞鹽的pH緩沖溶液加入PVA/PEI-T納米纖維膜中，室溫條件下進(jìn)行吸附，取樣，測(cè)試汞離子濃度變化。該發(fā)明專利技術(shù)制備過程簡(jiǎn)單，易于操作，纖維材料水穩(wěn)定性良好，回收方便，重復(fù)利用率高；汞離子具有高度的吸附特異性。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于汞離子吸附物質(zhì)的制備領(lǐng)域，特別涉及一種特異性吸附汞離子PVA/PE1-T納米纖維膜的制備方法。
技術(shù)介紹
近年來，汞污染防治已經(jīng)日益成為全球關(guān)注的環(huán)境熱點(diǎn)問題。汞具有持久性、易遷移性和高度的生物富集性，毒性很強(qiáng)，環(huán)境中任何形式的汞均可在一定條件下轉(zhuǎn)化為劇毒的甲基汞。而甲基汞能夠?qū)θ梭w的中樞神經(jīng)系統(tǒng)造成不可修復(fù)的損傷。水銀電解法生產(chǎn)燒堿、含汞礦石和金礦的開采冶煉、燃煤、醫(yī)院、電池廠、電石乙炔法制取氯乙烯、儀器儀表等生產(chǎn)行業(yè)或部門在生產(chǎn)或工作過程中都會(huì)向環(huán)境排放汞污染物。汞被聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署列為全球性污染物，是除了溫室氣體外唯一一種對(duì)全球范圍產(chǎn)生影響的化學(xué)物質(zhì)，具有跨國污染的屬性，已成為全球廣泛關(guān)注的環(huán)境污染物之一。亞洲國家是汞生產(chǎn)和消費(fèi)大國，同時(shí)也是全球汞污染物排放最嚴(yán)重的地區(qū)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國、日本、菲律賓、印度、哈薩克斯坦是亞洲國家中萊污染最多的國家。針對(duì)日益嚴(yán)峻的汞污染問題，一些科學(xué)家進(jìn)行了有益的嘗試，開發(fā)出各種卓有成效的物理或化學(xué)方法來脫除各種水體中的汞元素。如活性炭吸附，離子交換樹脂吸附，膠體沉淀浮選，乳劑液膜萃取，和光致還原等等。但是，其中的大多數(shù)方法都需要用到很高的能量或大量的化學(xué)試劑，于實(shí)際應(yīng)用中仍顯現(xiàn)出諸多不足。吸附，尤其是用多孔及高比表面積材料進(jìn)行吸附可能會(huì)是處理汞污染問題中比較高效和低成本的一種途徑。活性炭能夠吸附水體中的汞離子，但是這種材料的對(duì)汞的吸附效率低、且缺乏特異性。靜電紡納米纖維膜有著比表面積大，孔隙率高，機(jī)械強(qiáng)度好等優(yōu)點(diǎn)。在我們之前的工作中曾利用這種纖維膜作為貴金屬納米顆粒的良好載體，既保存了貴金屬的高活性，又大大增強(qiáng)了其可回收性和重復(fù)利用性。我們可以預(yù)見其在其它應(yīng)用領(lǐng)域一定大有可為。近年來科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)核酸中的胸腺喃唳堿基(Thymine,亦簡(jiǎn)寫為T)能特異性的與Hg2+形成配合物T-Hg-T，一些基于富含T的寡聚脫氧核糖核酸(DNA)的Hg2+探針相繼被開發(fā)出來，并取得了很好的效果。然而DNA合成成本高，穩(wěn)定性較差，因此有必要進(jìn)一步發(fā)展高效、穩(wěn)定、廉價(jià)的Hg2+吸附材料和探針。上官棣華等人通過共聚合以及表面接枝聚合的方法合成了直接修飾有T的高分子樹脂微球，這些微球能快速吸附水溶液中的Hg2+(Shangguan, D., et al, Talanta2009, 78, 253-258.)。李玉良等人在聚對(duì)苯衍生物上接枝胸腺嘧啶并通過其熒光猝滅來特異性檢測(cè)水溶液中的Hg2+ (Li, Y.，et al, MacromolecularRapid Communications2008, 29, 1588-1592.)。在環(huán)境治理中僅檢測(cè)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，我們期望接枝胸腺嘧啶的材料能特異性的大量吸附汞離子，實(shí)現(xiàn)水體中Hg2+的去除。靜電紡絲技術(shù)作為 一種方便、低成本的納米纖維制備技術(shù)，可以制備比表面積大、孔隙率高的納米纖維材料，近年來被廣泛應(yīng)用于傳感器、催化劑、過濾材料等領(lǐng)域。聚乙烯亞胺(PEI)是一種高度支化帶大量氨基的高分子聚電解質(zhì)材料，表面可接枝進(jìn)行功能化，常被用于基因轉(zhuǎn)染載體、自組裝高分子和組織工程支架等領(lǐng)域。因此，我們期望以PEI為主體高分子材料的靜電紡納米纖維膜為模版，將胸腺嘧啶接枝其上，試圖以這種富含胸腺嘧啶的纖維材料實(shí)現(xiàn)對(duì)水溶液中汞離子的高度選擇性吸附，并使該材料具備一定的重復(fù)使用性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供一種特異性吸附汞離子PVA/PE1-T納米纖維膜的制備方法，該專利技術(shù)制備過程簡(jiǎn)單，易于操作，所用的聚合物均為環(huán)境友好的高分子材料；本專利技術(shù)所制備的靜電紡納米纖維中胸腺嘧啶接枝量高，能夠牢固的結(jié)合汞離子而不至脫附造成再次污染。纖維材料水穩(wěn)定性良好，回收方便，重復(fù)利用率高；本專利技術(shù)所制備的PVA/PE1-T納米纖維膜對(duì)水溶液中的汞離子具有高度的吸附特異性，且PEI中大量的氨基提供了多基團(tuán)接枝的可能性，具備多向特異性功能化的潛力。本專利技術(shù)的一種特異性吸附汞離子PVA/PE1-T納米纖維膜的制備方法，包括:(I)將胸腺嘧啶-1-乙酸溶于40 45°C水中，加入1-(3_ 二甲氨基丙基)_3_乙基碳二亞胺鹽酸鹽EDC，攪拌2 5h，得溶液，然后加入聚乙烯亞胺PEI溶液，攪拌反應(yīng)12-24h，反應(yīng)溶液由無色變?yōu)闇\黃色，透析、冷凍干燥，得到胸腺嘧啶接枝的聚乙烯亞胺PE1-T，其中胸腺嘧啶-1-乙酸和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽EDC的重量比為1:5 ；(2)將聚乙烯醇PVA水溶液和上述胸腺嘧啶接枝的聚乙烯亞胺PE1-T混合，得聚乙烯醇PVA/PE1-T溶液，靜電紡絲，得PVA/PE1-T納米纖維膜，然后戊二醛蒸汽交聯(lián)18 20h，漂洗，真空干燥，即得不溶于水的PVA/PE1-T納米纖維膜，其中聚乙烯醇PVA與PE1-T的質(zhì)量比為1:1 3:1。所述步驟(I)中胸腺嘧啶-1-乙酸溶液的濃度為0.3mM 4mM。所述步驟(I)中聚乙烯亞胺PEI溶液的濃度為0.25g/mL。 所述步驟(2)中聚乙烯醇PVA/PE1-T溶液的濃度為8 12wt%。所述步驟(2)中靜電紡絲工藝參數(shù)為流速為0.3 0.4mL/h,電壓為18 20KV，接收距離為20 30cm。所述步驟(2)中戊二醛體積百分濃度為25%，體積為20 40ml。所述步驟(2)得到的納米纖維膜的使用方法:將汞鹽的pH緩沖溶液加入PVA/PE1-T納米纖維膜中，室溫條件下進(jìn)行吸附，以研究其吸附強(qiáng)度、重復(fù)利用率和吸附選擇性，不同時(shí)間取樣，測(cè)試汞離子濃度變化，其中靜電紡纖維膜和汞鹽溶液的質(zhì)量體積比為2:lmg/ml。所述汞鹽為硝酸汞,汞離子濃度為20mg/L。所述pH緩沖液為濃度為20mM的KH2P04/Na0H溶液，pH=7。重復(fù)利用率測(cè)試中，一次吸附實(shí)驗(yàn)完畢后，纖維膜再生方法為:纖維膜用30mL濃度IM的HCl溶液浸泡洗滌3min以脫附纖維上的Hg2+，接著用去離子水洗滌3次，最后用20mLKH2P04/Na0H緩沖溶液洗滌一次。檢驗(yàn)PVA/PE1-T纖維膜對(duì)Hg2+的選擇吸附性能，在含有Hg2+的緩沖溶液中，我們加入其他金屬離子，包括Cu2+，Zn2+，Ca2+，Cd2+，Mg2+，Co2+，Ba2+，用同樣質(zhì)量的纖維膜進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，并用ICP監(jiān)測(cè)溶液中金屬離子濃度的變化。使用1H NMR (核磁共振氫譜)、FTIR (傅里葉變換紅外光譜)、SEM (掃描電子顯微鏡)、ICP-AES (電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法)表征本專利技術(shù)獲得的胸腺嘧啶接枝的功能化靜電紡納米纖維膜及其對(duì)水溶液中汞離子的特異性吸附，結(jié)果分別如下:(I)1H NMR測(cè)試結(jié)果表明:接枝胸腺嘧啶后的PEI出現(xiàn)了三組新的信號(hào)峰，這驗(yàn)證了胸腺嘧啶已成功接枝于PEI。參見附圖1。(2) FTIR測(cè)試結(jié)果表明:接枝Thymine前的PEI在3280CHT1處有強(qiáng)吸收峰，這是PEI上氨基的N-H伸縮振動(dòng)峰，而同時(shí)在1605CI!!—1和 δΟαιΓ1處的吸收峰分別對(duì)應(yīng)于PEI上伯胺N-H的變形振動(dòng)和搖擺振動(dòng)，可見PEI的碳鏈上含有大量的氨基。接枝了胸腺嘧啶后，位于3280CHT1處的伯胺吸收峰卻逐漸消失了，這是由于酸胺縮合反應(yīng)消耗了大量的氨基。而PE1-T位于1675CHT1和1605CHT1處的兩組峰則屬于酰胺結(jié)構(gòu)的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種特異性吸附汞離子PVA/PEI?T納米纖維膜的制備方法，包括：（1）將胸腺嘧啶?1?乙酸溶于40～45℃水中，加入1?(3?二甲氨基丙基)?3?乙基碳二亞胺鹽酸鹽EDC，攪拌2～5h，得溶液，然后加入聚乙烯亞胺PEI溶液，攪拌反應(yīng)12?24h，透析、冷凍干燥，得到胸腺嘧啶接枝的聚乙烯亞胺PEI?T，其中胸腺嘧啶?1?乙酸和1?(3?二甲氨基丙基)?3?乙基碳二亞胺鹽酸鹽EDC的重量比為1:5；（2）將聚乙烯醇PVA水溶液和上述胸腺嘧啶接枝的聚乙烯亞胺PEI?T混合，得聚乙烯醇PVA/PEI?T溶液，靜電紡絲，得PVA/PEI?T納米纖維膜，然后戊二醛蒸汽交聯(lián)18～20h，漂洗，真空干燥，即得不溶于水的PVA/PEI?T納米纖維膜，其中聚乙烯醇PVA與PEI?T的質(zhì)量比為1:1～3:1。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種特異性吸附汞離子PVA/PE1-T納米纖維膜的制備方法，包括: (1)將胸腺嘧啶-1-乙酸溶于40 45°C水中，加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽EDC，攪拌2 5h，得溶液，然后加入聚乙烯亞胺PEI溶液，攪拌反應(yīng)12-24h，透析、冷凍干燥，得到胸腺嘧啶接枝的聚乙烯亞胺PE1-T，其中胸腺嘧啶-1-乙酸和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽EDC的重量比為1:5 ; (2)將聚乙烯醇PVA水溶液和上述胸腺嘧啶接枝的聚乙烯亞胺PE1-T混合，得聚乙烯醇PVA/PE1-T溶液，靜電紡絲，得PVA/PE1-T納米纖維膜，然后戊二醛蒸汽交聯(lián)18 20h，漂洗，真空干燥，即得不溶于水的PVA/PE1-T納米纖維膜，其中聚乙烯醇PVA與PE1-T的質(zhì)量比為1:1 3:1。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種特異性吸附汞離子PVA/PE1-T納米纖維膜的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中胸腺嘧啶-1-乙酸溶液的濃度為0.3mM 4mM。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種特異性吸附汞離子PVA/PE1-T納米纖維膜的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中聚乙烯亞胺PEI溶液的濃度為0.25g/mL。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種特異性吸附汞離子PVA/P...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：沈明武，黃云鵬，胡登脈，史向陽，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：東華大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：