表面分子印迹微/纳米复合材料的制备及其性能研究
分子印迹技术（MolecularImprintingTechnology,MIT）是一种制备对目标化合物（模板分子）具有高度亲和力和选择性的高分子聚合物材料的技术。制备的分子印迹聚合物材料(MolecularlyImprintedPolymers，MIP)因含有与模板分子在空间结构和功能基团排布上高度吻合的三维空穴，从而对模板分子具有良好的记忆效应。目前该技术已广泛应用于色谱分离、固相萃取、模拟酶催化剂、生物传感器等领域。在载体材料的表面印迹模板分子，是近年来新建立起来的一种分子印迹技术即表面分子印迹技术（surfacemolecularimprintingtechnique，SMIT），因其将印迹位点控制于各类载体材料的表面，可有效弥补传统印迹聚合物的不足，提高MIP的吸附容量和识别动力学性能，应用前景更为广阔。
本研究采用新型表面分子印迹技术，制备了天麻素(GAS)、对羟基苯甲酸(p-HB)表面分子印迹聚合物复合材料(GAS-SMIP，p-HB-SMIP)和氨基三唑(AMI)磁性分子印迹聚合物复合材料(AMI-MMIP)。对三种印迹复合材料进行了系统的结构表征，并分别考察其吸附选择性、吸附平衡、吸附动力学、吸附热力学、分子识别能力和催化活性等。详细探讨印迹、识别、吸附和催化机理。
研究的主要结论如下:
1.纳米硅胶表面天麻素分子印迹材料的制备及其分子识别性能研究
(1)利用纳米二氧硅为载体材料，KH-570为硅烷偶联剂进行表面接枝修饰，GAS为模板分子，α-甲基丙烯酸（MAA）为功能单体，二甲基丙烯酸乙二醇酯(EDMA)为交联剂，AIBN为引发剂，甲醇为溶剂，采用表面分子印迹技术合成了GAS-SMIP复合材料。通过多种表征手段研究了GAS-SMIP的结构、组成和形貌特征，结果表明GAS-SMIP纳米粒子间虽有粘连但整体结构较为蓬松，粒子间存在明显间隙。
(2)紫外光谱分析揭示GAS和MAA间存在较强的非共价作用，两者形成了主客体配合物。平衡结合实验表明，GAS-SMIP对GAS具有良好的亲和性、吸附选择性，其吸附等温线类似于Langmuir模型。将吸附数据应用于Scatchard分析，结果表明GAS-SMIP中存在两类不同的结合位点，高亲和力结合位点的离解常数Kd1=1.02μmol/mL，最大表观结合量Qmax1=17.82μmol/g;低亲和力结合位点数常数Kd2=7.28μmol/mL，最大表观结合量Qmax2=83.11μmol/g。吸附动力学研究表明，GAS-SMIP对GAS的选择性吸附基本在1h之内完成。选择性识别实验表明，GAS-SMIP对GAS的静态分配系数明显大于其他对照物，对对照物的分离因子均达到了2以上，GAS-SMIP对GAS具有显著的专一分子识别能力。再生性实验表明，GAS-SMIP具有较好的再生性能。
2.对羟基苯甲酸表面分子印迹微纳米材料的制备、性能及在选择性催化合成对氯甲苯中的应用
(1)以微纳米二氧硅为载体材料、硅烷偶联剂KH-570表面接枝修饰、p-HB为模板、丙烯酰胺(AM)为功能单体，二甲基丙烯酸乙二醇酯(EDMA)为交联剂，AIBN为引发剂，甲醇为溶剂，采用表面分子印迹技术合成了p-HB-SMIP微纳米复合材料。采用红外光谱、热重、扫描电镜和透射电镜等多种表征手段研究了p-HB-SMIP的结构和形貌特征，结果表明，p-HB-SMIP微纳米颗粒表面粗糙不平、单分散性良好、核壳结构明显，平均粒径为5-6μm。
(2)静态结合实验表明，p-HB-SMIP对p-HB显示出良好的亲和性和吸附选择性，Scatchard分析表明，p-HB-SMIP中存在两类不同的结合位点，高亲和力结合位点的离解常数Kd=1.77μmol/mL，最大表观结合量Qmax1＝24.11μmol/g;低亲和力结合位点数常数Kd=9.62μmol/mL，最大表观结合量Qmax2=73.94μmol/g。Freundlich等温模型较好地描述了p-HB-SMIP对p-HB的平衡吸附行为。吸附动力学实验表明，p-HB-SMIP在前30min内对p-HB的吸附速率较快，100min后基本达到饱和吸附，其吸附行为可用准二级吸附动力学方程加以描述。吸附热力学实验表明，实验温度范围内p-HB-SMIP对p-HB的吸附是自发进行的，且吸附是吸热过程。选择性实验显示，p-HB-SMIP对p-HB具有显著的专一分子识别能力。
(3)以硫酰氯为氯源，p-HB-SMIP选择性催化甲苯对位氯代的反应，最佳催化条件为:反应温度60℃，反应时间60min，乙腈与甲苯摩尔比为2:1。甲苯转化率为85.5％，对氯甲苯与邻氯甲苯的摩尔比(p/o)高达1.63，明显好于传统催化剂。
3.氨基三唑磁性印迹纳米材料的合成、表征及选择性吸附性能的研究
(1)以水热法制备的Fe3O4为磁性基底，TEOS为硅基修饰剂，KH-570为表面修饰硅烷偶联剂，AMI为模板，α-甲基丙烯酸(MAA)为功能单体，二甲基丙烯酸乙二醇酯(EDMA)为交联剂，AIBN为引发剂，制备了具有超顺磁性的AMI-MMIP复合材料。并对其结构、组成、形貌、磁学性能和稳定性等进行了表征。AMI-MMIP具有核壳结构，平均粒径为200nm，印迹层厚度约为30nm。
(2)AMI-MMIP具有超顺磁性，饱和磁化强度为48.4emu/g。AMI-MMIP对AMI的平衡吸附数据显示，其对AMI具有良好的亲和性和吸附选择性。印迹空穴中存在对AMI亲和力高低不同的两类结合位点，其吸附速率快，吸附容量大。选择性识别实验表明，与其它结构类似相比，AMI-MMIP对AMI具有较高的分子识别性能。AMI-MMIP的吸附动力学性能优于非印迹化合物，准二级动力学模型对AMI-MMIP吸附AMI的动力学数据有较好地拟合效果。在实验温度范围内AMI-MMIP对AMI的吸附为自发的放热过程。AMI-MMIP具有显著的选择性吸附AMI和磁分离能力。
表面分子印迹;纳米材料;亲和性;选择性吸附;分子识别
江苏大学
博士
材料学
程晓农
2012
中文
TB383;TB33
116
2013-04-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）