分子印迹聚合物微球的制备方法及其应用与流程

本发明涉及一种分子印迹聚合物微球的制备方法及其应用，属于化学领域。

背景技术：

随着人们生活水平和生活质量的不断提高，消费者对吸烟的安全性和环境保护意识也越来越强。卷烟产品中烟草的燃烧不完全导致其烟气中含有一定量的有害物质，对吸烟者的身体健康构成风险。其中，烟草特有亚硝胺(tobacco-specific N-nitrosamines,TSNAs)是烟草类制品中含有的具有致癌性的一类特殊有害物质，是烟叶特别是晾晒烟叶、卷烟烟气中共同存在的成分。TSNAs主要包含4种，N-亚硝基降烟碱(NNN)、N-亚硝基新烟碱(NAT)、N-亚硝基假木贼碱(NAB)和4-甲基亚硝氨基-1-(3-吡啶基)-1-丁酮(NNK)。

分子印迹聚合物(molecularly imprinted polymers,MIPs)是一种可以通过目标分子与聚合物分子之间的特定性结合位点和空间结构来实现特异性吸附的聚合物，发展至今已经成为高分子领域的研究热点之一，同时分子印迹聚合物因具有合成条件低廉简便、在不同化学和物理条件下具有良好的稳定性及可重现性等特点，已经成功应用于固相萃取、色谱分离、化学传感器、环境净化等多个领域。

制备MIPs的方法有很多种，通常使用的是本体聚合法。但是本体聚合方法得到的MIPs为大块固体，需要研磨筛选处理后才能使用，过程十分繁琐。沉淀聚合的原理是单体可溶于溶剂，单体反应后得到的聚合物不溶于溶剂，因此单体分子聚合到一定分子量时，会从溶液中析出形成尺寸均一的聚合物微球。通过沉淀聚合制备分子印迹聚合物方法简单，粒径均一，是近年来研究的热点。

利用MIPs降低卷烟烟气中的有害物质国内外已有一些研究，通常用于降低稠环芳烃、芳胺、烟碱等物质，而用于吸附烟气中TSNAs的MIPs材料研究较少，其中利用沉淀聚合法制备MIPs用来降低烟气中TSNAs还未有报道。利用分子印迹技术集分离与富集于一体的特点，此种材料还可应用于固相萃取柱的填料，用于烟草特有亚硝胺分析的前处理。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种分子印迹聚合物微球的制备方法及其分子印迹聚合物微球的用途，用于解决现有技术中分子印迹聚合物微球吸附效率低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种分子印迹聚合物微球的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤：

(1)制备空心种球H-PS：称取苯乙烯，偶氮二异丁腈，苯乙烯磺酸钠，全部加入溶剂中，持续通入保护气后升温并在保护气中搅拌反应，在保护气氛围下再加二乙烯基苯后继续反应，得球核样品，清洗，干燥，得干燥球核样品；

优选地，所述步骤(1)中还包括以下特征中的任意一种或几种：

1)所述苯乙烯，偶氮二异丁腈，苯乙烯磺酸钠质量比为1:0.015～0.025:0.017～0.025；

2)所述溶剂为甲醇和水；更优选地甲醇和水的体积比为9:1；

3)所述苯乙烯的体积为所述溶剂体积的1/12～1/9；

4)所述苯乙烯，偶氮二异丁腈和苯乙烯磺酸钠全部加入溶剂后超声混匀；

5)所述持续通入保护气后升温并在保护气中搅拌反应是指预先通保护气20～30min，然后升温至70～75℃，在持续通入保护气体的同时搅拌反应时间为3～3.5h；

6)所述二乙烯基苯和苯乙烯质量比为20～30:100；

7)所述二乙烯基苯采用滴加的方式加入，滴加的速度控制在2～4滴每分钟；所述继续反应的时间至少为5h；

8)所述清洗是指用甲醇超声清洗；

9)所述干燥温度为55～65℃，干燥时间为10～14h。

10)所述保护气选自氮气或氩气。

(2)再将干燥球核样品加入四氢呋喃中浸泡，再次清洗，然后干燥，得到空心种球H-PS；

优选地，所述步骤(2)还包括以下特征中的任意一种或几种：

1)所述干燥球核样品加入四氢呋喃中浸泡的时间至少20h；

2)所述干燥球核样品的质量和四氢呋喃溶液中四氢呋喃的体积比为1g:20～30ml；

3)所述清洗是指用四氢呋喃清洗两次，甲醇清洗一次；

4)所述干燥温度为55～65℃，干燥时间为10～14h。

(3)取制备好的空心种球H-PS加入十二烷基硫酸钠溶液中得溶液A，同时将邻苯二甲酸二丁酯、甲苯、偶氮二异丁腈加入另外十二烷基硫酸钠溶液中得溶液B，将两种溶液混合，搅拌，得H-PS种球乳液；

优选地，所述步骤(3)还包括以下特征中的任意一种或几种：

1)所述H-PS种球乳液中空心种球H-PS和所述十二烷基硫酸钠溶液中十二烷基硫酸钠的质量比为1:0.1～0.225；

2)所述十二烷基硫酸钠溶液的溶质质量分数为0.2％～0.3％；所述十二烷基硫酸钠溶液的溶剂是水；

3)所述空心种球H-PS、邻苯二甲酸二丁酯、甲苯、偶氮二异丁腈的质量比为：1:2.5～5:4.5～6.75:0.125～0.175；

4)配制溶液A时所使用的十二烷基硫酸钠溶液的体积和浓度与配制溶液B时所使用的十二烷基硫酸钠溶液的浓度相同，溶液A和溶液B分别超声混匀后再混合；配制溶液B时所使用的十二烷基硫酸钠溶液的溶剂是水；

5)所述搅拌的时间为12～24h。

(4)将烟酰胺、甲基丙烯酸和甲苯混合，再加入二甲基丙烯酸乙二醇酯和聚乙烯醇溶液，在混合后的溶液加入步骤(3)得到的H-PS种球乳液，反应，得H-PS种球溶液；

优选地，所述步骤(4)还包括以下特征中的任意一种或几种：

1)所述聚乙烯醇溶液的溶质的质量分数为1.2％～1.8％；

2)所述H-PS种球乳液中空心种球H-PS、烟酰胺、甲基丙烯酸和二甲基丙烯酸乙二醇酯的质量比为1:0.125～0.175:0.575～0.75:6.25～8.75；

3)所述H-PS种球乳液中空心种球H-PS、甲苯和聚乙烯醇的质量比1:8.75～12.5:0.3～0.675；

4)所述反应的时间12～24h。

(5)将步骤(4)得到的H-PS溶液加入聚乙烯醇溶液，持续通保护气并搅拌，反应结束后再洗涤；

优选地，所述步骤(5)还包括以下特征中的任意一种或几种：

1)所述聚乙烯醇溶液的溶剂时水并且浓度与所述步骤(4)中聚乙烯醇相同，加入量是步骤(4)中聚乙烯醇加入量的3～5倍；

2)所述持冷凝回流开始前通入保护气20分钟以上，然后开始冷凝回流，所述搅拌时溶液温度为70～75℃，搅拌为机械搅拌，时间为10～12h；当然,也可以采用磁力搅拌的方式，实验证明采用机械搅拌效果会更好；

3)所述保护气选自氮气或氩气；

4)所述洗涤是指采用沸水超声洗涤至少两遍后，再采用甲醇超声洗涤至少两遍。

(6)除去骤(5)获得的清洗产物中的烟酰胺。

优选地，具体为：将步骤(5)获得的离心产物放入洗脱液中，超声离心洗脱后检测洗脱液的上层清液，直到上层洗脱液中没有烟酰胺，然后再清洗，干燥，即得。

更优选地，所述步骤(6)还包括以下特征中的任意一种或几种：

1)所述洗脱液是体积比为1:8～10的乙酸和甲醇；

2)所述超声的温度是40～60℃；

3)所述检测洗脱液的上层清液采用紫外可见分光光度计检测；

4)所述清洗采用甲醇清洗；

5)所述干燥的温度为50-60℃，时间为12h-24h。

本发明的另一方面还提供了上述分子印迹聚合物微球的制备方法制备的分子印迹聚合物微球。

本发明的另一方面还提供了上述分子印迹聚合物微球用作降低卷烟烟气中烟草特有亚硝胺的用途。

优选地，所述分子印迹聚合物微球添加到卷烟滤棒中。

优选地，每只卷烟滤棒中分子印迹聚合物的添加量为3～15mg。

如上所述，本发明制备的分子印迹聚合物微球，具有以下有益效果：

1.本发明的空心多孔分子印迹微球与实心多孔分子印迹球相比具有更高的比表面，能实现烟气微球中的快速传输，增加印迹效率。

2.本发明的空心多孔分子印迹微球只对烟气中的烟草特有亚硝胺具有特异性吸附作用，不会影响烟气中的香味成分，且无毒害。

附图说明

图1为实施例1制得分子印迹聚合物微球的扫描电镜图，采用HITACHI S4700场发射扫描电镜观察；

图2为实施例1制得分子印迹聚合物微球的透射电镜图，采用JEOL JEM-2100场发射透射电镜；

图3为实施例1制得分子印迹聚合物微球N2等温吸附脱附曲线，采用美国麦克仪器公司ASAP 2020物理吸附仪测定材料的比表面积。

图4为实施例2制得分子印迹聚合物微球及其非印迹空心多孔微球降低烟气中亚硝胺的测定结果；

图5为实施例2制得分子印迹聚合物微球在滤棒中不同添加量降低烟气亚硝胺的测定结果。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。

此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以下实施例中缩写的含义：

聚苯乙烯(PS)

苯乙烯(St)

偶氮二异丁腈(AIBN)

苯乙烯磺酸钠(NaSS)

二乙烯基苯(DVB)

四氢呋喃(THF)

十二烷基硫酸钠(SDS)

邻苯二甲酸二丁酯(DBP)

烟酰胺(NAM)

甲基丙烯酸(MAA)

二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)

聚乙烯醇(PVA)

实施例1

称取2.5ml St，0.045g AIBN，0.045gNaSS，溶于25ml甲醇/水(v/v＝9/1)的溶液中，超声混匀后水浴中机械搅拌，并持续通氮气20min后升温至75℃，冷凝回流，在氮气氛围中反应3h后，缓慢滴加0.5ml DVB，保持滴速在每分钟2～4滴，后继续反应5h。反应结束后用甲醇超声离心清洗3遍，真空烘箱中60℃干燥12h，得干燥球核样品。

将干燥样品按照1g对应20ml THF的比例溶于THF中，浸泡24h，使PS球核内未交联的部分溶解，之后用THF清洗两次，甲醇清洗一次，放入真空烘箱中60℃干燥12h，得到空心种球H-PS。

取制备好的空心种球H-PS 0.4g，加入10g 0.2％SDS水溶液超声1h，使H-PS与SDS水溶液形成均匀乳液，同时将2g DBP，2g甲苯，50mg AIBN加入另外10g 0.2％SDS水溶液中超声形成均匀乳液，将两种乳液混合，搅拌状态下将H-PS种球溶胀24h。

将0.06g NAM，0.26g MAA，4.3g甲苯混合，超声使NAM与MAA先预聚合，再加入3gEGDMA和10g 1.25％PVA水溶液，在混合均匀后的溶液加入第一步溶胀后的H-PS种球乳液中，继续溶胀24h。

将经过两步溶胀聚合好的H-PS溶液加入三口瓶中，再加入40g1.25％的PVA水溶液，预先通氮气20min除氧，然后持续通入氮气，边机械搅拌边冷凝回流，75℃反应12h，结束后用沸水和甲醇各自超声离心两遍，除去多余的表面活性剂、未反应单体和有机溶剂。

将聚合清洗后得到的产物放入乙酸/甲醇(v/v＝1/9)的洗脱液中，加热超声机至50℃，超声洗脱模板分子NAM。多次超声离心过程后用紫外可见分光光度计检测洗脱液的上层清液，直到上层洗脱液中NAM紫外吸收峰消失时即可认为MIPs中的模板分子已经洗脱干净，然后再用甲醇清洗三遍MIPs，将乙酸除去，真空烘箱中55℃干燥18h，最终得到空心多孔聚合物微球H-MIPs。

图1、图2为制得的本发明的分子印迹聚合物微球的扫描与透射电镜图，从图中可以看出分子印迹聚合物微球，粒径尺寸分布在范围为500nm～3μm。

图3为制得的分子印迹聚合物微球N2等温吸附脱附曲线，得到材料比表面为289.5m²/g。

实施例2

称取2.5ml St，0.034g AIBN，0.04gNaSS，溶于22.5ml甲醇/水(v/v＝9/1)的溶液中，超声后水浴中机械搅拌，并持续通氮气20min后升温至72℃，冷凝回流，在氮气氛围中反应3.5h后，缓慢滴加0.75ml DVB，控制滴速在5～10滴每分钟，继续反应6h。反应结束后用甲醇超声离心清洗3遍，真空烘箱中55℃干燥14h。

将干燥样品按照1g对应25ml THF的比例溶于THF中，浸泡24h，使PS球核内未交联的部分溶解，之后用THF清洗两次，甲醇清洗一次，放入真空烘箱中55℃干燥14h，得到空心种球H-PS。

取制备好的空心种球H-PS 0.4g，加入12g 0.2％SDS溶液超声，使H-PS与SDS水溶液形成均匀乳液，同时将1g DBP，2.7g甲苯，60mg AIBN加入另外12g 0.2％SDS水溶液中超声形成均匀乳液，将两种乳液混合，搅拌状态下将H-PS种球溶胀18h。

将0.05g NAM，0.23g MAA，3.5g甲苯混合，超声使NAM与MAA先预聚合，再加入2.5gEGDMA和10g1.2％PVA水溶液，在混合均匀后的溶液加入第一步溶胀后的H-PS种球乳液中，继续溶胀12h。

将经过两步溶胀聚合好的H-PS溶液加入三口瓶中，再加入50g 1.2％的PVA水溶液，通氮气20min除氧，持续通氮气，机械搅拌，冷凝回流，75℃反应12h，结束后用沸水和甲醇各自超声离心两遍，除去多余的表面活性剂、未反应单体和有机溶剂。

将聚合清洗后得到的产物放入乙酸/甲醇(v/v＝1/8)的洗脱液中，加热超声机至40℃，超声洗脱模板分子NAM。多次超声离心过程后用紫外可见分光光度计检测洗脱液的上层清液，直到上层洗脱液中NAM紫外吸收峰消失时即可认为MIPs中的模板分子已经洗脱干净，然后再用甲醇清洗三遍MIPs，将乙酸除去，真空烘箱中60℃干燥12h，最终得到空心多孔聚合物微球H-MIPs。

对比例在制备过程中不加入模板分子NAM，其余方法一样，得到空心多孔的非印迹聚合物微球H-NIPs。

将得到的H-MIPs与H-NIPs两种材料以10mg/支添加到由两段普通醋酸纤维滤棒复合而成的二元复合滤棒中，材料分散在两段滤棒之间的截面上，按照标准GB/T 23228-2008测定卷烟主流烟气的TSNAs的释放量，结果如图4所示，可以看到与H-NIPs相比，H-MIPs对于卷烟主流烟气的TSNAs有更明显的吸附作用。

实施例3

称取2.5ml St，0.056g AIBN，0.056gNaSS，溶于30ml甲醇/水(v/v＝9/1)的溶液中，超声后水浴中机械搅拌，并持续通氩气30min后升温至75℃，冷凝回流，在氩气氛围中反应3h后，缓慢滴加0.6ml DVB，保持滴速为2～4滴每分钟，后继续反应5h。反应结束后用甲醇超声离心清洗3遍，真空烘箱中65℃干燥10h。

将干燥样品按照1g对应30ml THF的比例溶于THF中，浸泡20h，使PS球核内未交联的部分溶解，之后用THF清洗两次，甲醇清洗一次，放入真空烘箱中65℃干燥10h，得到空心种球H-PS。

取制备好的空心种球H-PS 0.4g，加入15g 0.3％SDS溶液超声，使H-PS与SDS水溶液形成均匀乳液，同时将2g DBP，1.8g甲苯，70mg AIBN加入另外15g 0.3％SDS水溶液中超声形成均匀乳液，将两种乳液混合，搅拌状态下将H-PS种球溶胀24h。

将0.07g NAM，0.3g MAA，5g甲苯混合，超声使NAM与MAA先预聚合，再加入3.5gEGDMA和15ml 1.8％PVA水溶液，在混合均匀后的溶液加入第一步溶胀后的H-PS种球乳液中，继续溶胀12h。

将经过两步溶胀聚合好的H-PS溶液加入三口瓶中，再加入45g 1.8％的PVA水溶液，通氮气20min除氧，持续通氮气，冷凝回流，75℃反应12h，结束后用沸水和甲醇各自超声离心两遍，除去多余的表面活性剂、未反应单体和有机溶剂。

将聚合清洗后得到的产物放入乙酸/甲醇(v/v＝1/10)的洗脱液中，加热超声机至60℃，超声洗脱模板分子NAM。多次超声离心过程后用紫外可见分光光度计检测洗脱液的上层清液，直到上层洗脱液中NAM紫外吸收峰消失时即可认为MIPs中的模板分子已经洗脱干净，然后再用甲醇清洗三遍MIPs，将乙酸除去，真空烘箱中50℃干燥24h，最终得到空心多孔聚合物微球H-MIPs。

将得到的H-MIPs以不同添加量添加到由两段普通醋酸纤维滤棒复合而成的二元复合滤棒滤嘴中，材料分散在两段滤棒的截面上，按照标准GB/T 23228-2008测定卷烟主流烟气的TSNAs的释放量，结果如图5所示，随着滤棒中H-MIPs添加量(5mg，8mg，15mg)的不断增加，主流烟气中4种TSNAs的降低率增加。当H-MIPs的添加量为15mg/支时，对于卷烟主流烟气中TSNAs的降低率分别为NNK 22％、NAT 15％、NNN 13％和NAB 16％。将上述制备的H-MIPs添加到复合滤棒中焦油降低率大约为8％，因此发明材料对卷烟主流烟气中的烟草特有亚硝胺TSNAs具有选择性降低作用，而且对卷烟吸食品质无不良影响。

以上的实施例是为了说明本发明公开的实施方案，并不能理解为对本发明的限制。此外，本文所列出的各种修改以及发明中方法、组合物的变化，在不脱离本发明的范围和精神的前提下对本领域内的技术人员来说是显而易见的。虽然已结合本发明的多种具体优选实施例对本发明进行了具体的描述，但应当理解，本发明不应仅限于这些具体实施例。事实上，各种如上所述的对本领域内的技术人员来说显而易见的修改来获取发明都应包括在本发明的范围内。