碳纳米管掺杂的分子印迹杂化聚合物的制备和评价

发布时间：2020-04-20 17:49

【摘要】：分子印迹技术作为一种能够特异性识别目标分子的新兴技术而成为现今研究领域的一大热点。碳纳米管因其稳定的理化性质,广泛应用于纳米复合材料的制备当中。有机-无机杂化MIP是结合了有机与无机聚合物机械强度高和吸附性能好等优点的一类聚合物,该方法是分子印迹聚合物制备的一个崭新领域。将有机与无机聚合通过不同的手段进行复合,发挥二者的优势,以达到性能互补、提高耐酸,耐碱的稳定性能或引入新功能的目的。介孔分子筛、氧化石墨烯、碳纳米管等无机材料均已成功掺杂至分子印迹聚合物(MIP)中,并表现出优秀的印迹效果和色谱分离性能,本文将两种同时将单壁碳纳米管(SWCNT)和多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)或介孔分子筛(MCM-41)同时作为无机材料掺杂于分子印迹有机聚合物中,通过与不加无机材料的MIP相比较,评价有机-无机杂化MIP的特异性吸附性能。论文第一部分选择没食子酸(GAL)作为模板,利用室温离子液体(RTILs)和低共熔溶剂(DESs)的结合可以提高RTILs在聚合过程中超分子组装的溶解能力。选择1-四丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIM]BF_4)以稳定SWCNT分散体并防止SWCNT的再聚集。此外,使用氯化胆碱-乙二醇(ChCl)体系作为共成孔剂以溶解模板分子,并使用四氢呋喃(THF)溶解POSS。结果表明,制备的有机-无机杂化分子印迹聚合物对模板分子GAL有特异性识别效果,印迹因子可达12.13,远高于两者都未掺杂的MIPs。体外释放结果表明,与不含SWCNT和POSS的印迹聚合物的1.5小时相比,SWCNT-POSS MIP对GAL的释放时间可达5.4 h。同样的,大鼠的药物代谢动力学也表明SWCNT-POSS MIP有最大的曲线下面积和最晚的达峰时间4 h,实验结果证明SWCNT-POSS MIP有作为控制GAL释放载体的潜力。通过表征实验,如热重,氮吸附等,可以明显的观察到SWCNT和POSS的掺入以增加聚合物的稳定性和比表面积,从而增加对GAL的特异性吸附能力。论文第二部分用分子筛(MCM-41)接枝3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(γ-MPS)形成MCM-41-MPS,以酮洛芬(KET)为模板,4-乙烯基吡啶(4-VP)与二甲基丙烯酸乙二醇酯(EDMA)分别为功能单体和交联剂,采用低共熔溶剂ChCl和离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIM]BF_4)等绿色溶剂作为共同致孔剂,之后与SWCNT与MCM-41-MPS掺杂采用原位聚合制备整体柱,通过对SWCNT和MCM-41-MPS的含量进行考察,最终得到的整体柱的印迹因子可达13.10。吸附试验结果表明,用Langmuir-Freundlich方程对(MCM-41-MPS)-SWCNT MIP及对照组MIP和NIP的吸附等温线进行拟合,结果最佳配方的饱和吸附量达12.46μmol/g,远远高于NIP和对照组的饱和吸附量。对不同体积的湖水进行上样萃取,固相萃取实验表明MIP的回收率可达84.5%,RSD为3.2%。对聚合物进行表征实验,同样的,SWCNT和MCM-41-MPS的掺杂可以增加聚合物的比表面积和热稳定性。
【图文】：

分子印迹聚合物是交联的聚合物材料[7]，聚合物的识别系统生物识别系统，如酶、DNA、抗体等。分子印迹聚合物由于学性能的优势，如稳定性高、制备简单等，常被用于色谱固定相的研究[8]，同时具有良好的可重复使用性和低成本等优新一代化学/生物传感器。由聚合过程产生的印迹聚合物具有状的空腔，所以是将分子识别性能引入在模板分子的存在下物。印迹原理情况下，分子印迹聚合物的合成分为 3 个步骤[9]，如图 1 所的功能单体与模板分子（要分离的目标分子）溶于致孔剂中加入一定量交联剂，在引发剂存在的前提下，交联剂与复合形成的聚合物将模板分子固定在其中；（3）选择合适的溶剂学手段洗脱掉未反应的试剂与模板分子，形成具有三维空穴，可用来特异性识别模板分子或模板分子类似物。

2、碳纳米管简介碳纳米管是一种一维的纳米材料，近些年碳纳米管的多方面的性能与应用前景正在不断地浮现出来，各种各样的纳米材料正用于实际应用当中。如图2，，现在研究中常见的无机掺杂材料是石墨烯和碳纳米管，碳纳米管又分为单壁和多壁碳纳米管[10-12]。碳纳米管热稳定性，独特光学性和高导电性等独特的特性引起了科学家的极大关注[13]，许多人在科学和工程领域做了大量的工作。碳纳米管通过折叠石墨烯片成折叠结构，它的长度与它的性质直接有关，较短的比较具有反应性但不灵活，而较长的具有灵活性但不具有反应性。由于它的中性性质，它们不能很好的分散在有机溶剂中而处于原始状态。 将碳纳米管应用到有机聚合物中可以增加其粘度和机械性能
【学位授予单位】：天津医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R943

【参考文献】

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本文编号：2634790