铜(Ⅱ)和铑(Ⅲ)离子印迹聚合物的制备与性能研究

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与共价和非共价印迹聚合物相比,金属离子印迹聚合物依据金属离子与功能单体的配位作用进行识别,而金属配合作用既有足够的稳定性,而且配体交换动力学速度快,键的强度可以通过实验条件控制等优点,因此,理论上具有较大的吸附容量、识别选择性和传质速度,具有很高的使用价值。   本论文在查阅了大量相关文献和资料的基础上,总结了分子印迹技术的研究现状及其在金属离子分离分析中的应用情况,并以分子印迹技术理论为指导,以Cu2+和RhCl63-为模板,在优化了印迹聚合物的合成方法与条件后,制备了对Cu2+和Rh(Ⅲ)具有较好吸附性能的金属离子印迹聚合物,研究了聚合物的吸附特征,表征了聚合物的结构,验证了印迹聚合物作为固相萃取材料从复杂体系中分离富集Cu2+或Rh(Ⅲ)的应用前景。具体工作如下:   1、铜离子印迹聚合物的制备、性能及应用研究铜离子印迹聚合物的研究虽有不少文献进行了报道,但是这些文献对制备工艺和应用条件都缺乏系统优化,本文针对现有研究工作中存在的上述问题开展了铜离子印迹聚合物的制备、性能及应用研究。   (1)为研究铜离子印迹聚合物对Cu2+的吸附性能,本文依据Cu2+与I—及丁基罗丹明B形成离子缔合物的反应,建立了一个测定Cu2+的光度分析法。在优化的测定条件下,反应在室温下迅速发生,并在599nm处有最大吸收,其吸光度与Cu2+浓度在0.4~5.0μg/mL,范围内符合比尔定律。方法快速、简单、重现性好、准确度高,能有效用于研究铜离子印迹聚合物对Cu2+的吸附性能。   (2)在系统优化了印迹聚合物的制备工艺包括模板、功能单体种类、功能单体及交联剂用量、聚合方法(沉淀聚合法与本体聚合法)后,选用Cu2+为模板,AM为功能单体,甲醇为致孔剂,Cu2+、功能单体、交联剂的加入摩尔比为1:4:30,用本体聚合法制备了一个对Cu2+有高选择性分离富集能力的铜离子印迹聚合物(IIP3),其在40μg/mL的Cu2+水溶液中对Cu2+吸附量为12.80mg/g,印迹因子为1.94。此外,论文还用红外光谱、扫描电镜和比表面分析手段对聚合物的形貌与孔结构进行了表征,证明了在聚合物的制备过程中,模板的存在加强了聚合物的孔结构;通过Scatchard分析证明在该聚合物中存在低亲和性和高亲和性两类结合位点,这两类结合位点的离解常数分别为0.9009mg/mL和0.1234mg/mL,饱和结合位点数分别为11.44mg/g和18.40mg/g;通过吸附动力学研究证明了该印迹聚合物具有较快的传质速度,其达到吸附平衡的时间为2h。   (3)以优化工艺下合成的印迹聚合物(IIP3)制备了印迹固相萃取柱,优化了固相萃取条件,研究了该聚合物的应用性。结果表明,用0.5mLpH3.0的水溶液上柱、1mLpH5.0和2mLpH1.0的水溶液分别进行非特异性和特异性洗脱时,该印迹固相萃取柱对Cu2+、Fe3+/C-O2+、Ni2+、Zn2+混合溶液中Cu2+的萃取率为76.8%,而对其它离子的萃取率均小于10%。将该柱子用于金银花和核桃样品分析时,Cu2+的萃取率分别达到91.7%和88.3%。   2、铑离子印迹聚合物制备、性能与应用研究迄今为止,有关铑离子印迹聚合物的研究还未见文献报道。本文采用本体聚合与沉淀聚合法,分别优化了制备印迹聚合物的功能单体种类,并在比较了不同聚合方法(本体聚合、沉淀聚合和牺牲硅胶法)制备的印迹聚合物的吸附性能后,以RhCl63-为模板,4—VP为功能单体,甲醇为致孔剂,EGDMA为交联剂,模板、功能单体、交联剂的加入摩尔比为1:4:30,用本体聚合法制备了一个对Rh(Ⅲ)具有较高吸收容量和印迹效果的铑离子印迹聚合物(IIP8),该聚合物在20μg/mL的Rh(Ⅲ)水溶液中对Rh(Ⅲ)的吸附量为6.71mg/g,印迹因子为1.27。用该印迹聚合物制备的固相萃取柱,在优化得到的萃取条件下,对含有6个铂族金属离子混合溶液中Rh(Ⅲ)的萃取率达到了85.2%,而对其它铂族金属离子的萃取率均在35%以下。此外,论文还用红外光谱、扫描电镜和比表面分析手段对聚合物的形貌与孔结构进行了表征,通过Scatchard分析证明了其存在低亲和性和高亲和性两类结合位点,通过吸附动力学研究发现其吸附平衡的时间仅为1h。上述结果证明该铑离子印迹聚合物(IIP8)有作为Rh(Ⅲ)分离富集材料的应用前景。
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