聚乙烯亚胺-纳米金-氯高铁血红素的纳米复合物及其在吸附降解甲基橙中的应用的制作方法

本发明属于纳米材料合成及应用领域，具体涉及一种聚乙烯亚胺-纳米金-氯高铁血红素的纳米复合物及在吸附降解甲基橙中的应用。

背景技术：

有机染料广泛应用于人类的生活中，由于大多数染料对人体健康有害，每年都有大量含有难分解染料的污水排放到生态环境中，目前，许多处理方法如氧化法、电解法、膜分离法、聚沉絮凝法等效果都不是很理想，因此需要开发出一种新材料新方法对有机染料进行吸附降解。近年来，纳米材料在环境监测保护等方面得到了广泛的应用，如纳米金(AuNPs)以其良好的稳定性、小尺寸效应、表面效应、光学效应以及特殊的生物亲和性等特点，使其成为光学、电子、催化、生物医药等方面的研究和应用热点。AuNPs比表面积大，表面自由能高，酶可以稳定地修饰在其表面，在生物医药方面，AuNPs可以应用于免疫化学、DNA识别与检测，作为载体应用于基因治疗，还可与小分子药物或者生物大分子进行结合，因此，生物功能化的AuNPs具有许多其他纳米材料无可比拟的优势。

聚乙烯亚胺(PEI)是一种富含亚胺基和胺基、水溶性好的正电性聚合物，常被用于金胶体或其复合材料的制备。聚胺高分子因分子内含有大量氨基，能与金属离子配位且稳定性好，这些金属离子被广泛应用于纳米粒子的合成与修饰。同时，PEI也是一种良好的吸附剂，所以PEI功能化的AuNPs材料在染料吸附降解等方面将会有很好的应用。利用PEI在合成AuNPs方面的优势及AuNPs的生物相容性等特性，可将PEI功能化的AuNPs材料与生物大分子结合，从而制备新型仿生材料。

Hemin是血红蛋白的活性中心，在运输氧的过程中起重要作用。三价铁离子为其活性中心，Hemin对氮气、氧气、一氧化氮、二氧化碳和过氧化物等有极高的催化性能，但是，由于缺乏适宜的仿生环境，其催化活性大大低于天然酶。

技术实现要素：

本发明的目的是为了合成一种纳米复合物，并用于有机染料的吸附降解。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种聚乙烯亚胺-纳米金-氯高铁血红素的纳米复合物，由以下步骤制备：

步骤一、将PEI溶液加入HAuCl₄溶液中不停搅拌，缓慢加热升温至70～90℃，当溶液呈红宝石色后停止加热，冷却至室温，得到PEI包裹的AuNPs(PEI-AuNPs)；

步骤二、再加入Hemin溶液，搅拌反应生成所述的PEI-AuNPs-Hemin，离心、洗涤、再离心。

步骤一中，所述的HAuCl₄的浓度为0.5～2mM，PEI与HAuCl₄的摩尔比为1:9～11，升温速率为3～7℃/min。

步骤二中，Hemin溶液中Hemin的浓度为0.05～0.2mM，反应时间为0.5～2h，Hemin与HAuCl₄的摩尔比为1:90～110。

上述聚乙烯亚胺-纳米金-氯高铁血红素的纳米复合物在吸附降解甲基橙中的应用。

与现有技术相比，本发明的显著优点是：

1、PEI-AuNPs-Hemin的合成较为简便快速。

2、这种新型纳米复合物稳定性较好。

3、对MO具有很好的吸附能力。

4、在紫外照射下，能够快速降解溶液中的MO。

附图说明

图1是本发明PEI-AuNPs-Hemin的合成示意图。

图2是本发明实施例1中的红外和透射电镜表征图(其中a为红外光谱，b为透射电镜)。

图3是本发明实施例2中的的MO吸附可行性试验图。

图4是本发明实施例3中不同浓度的PEI-AuNPs-Hemin对MO的吸附结果图。

图5是本发明实施例4中不同浓度的PEI-AuNPs-Hemin在不同pH条件下对MO的吸附结果图。

图6是本发明实施例5中PEI-AuNPs-Hemin对MO的降解作用与紫外照射时间的关系图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的说明，其目的是为更好理解本发明的内容，但所举的实施例并不限制本发明的保护范围：

实施例1：PEI-AuNPs-Hemin的红外光谱和透射电镜表征。

采用本发明所述的PEI-AuNPs-Hemin合成及用于MO吸附降解的研究，将500μL的PEI溶液加入5mL的1mM HAuCl₄溶液中不停搅拌，以5℃/min的速率缓慢加热升温至80℃，维持温度在80℃，直到混合液变成红宝石色后停止加热，冷却至室温后得到PEI-AuNPs，再加入500μL的0.1mM Hemin溶液，搅拌反应1h后，在14000rpm下离心30min、超纯水洗涤三次后，再离心20min，得到PEI-AuNPs-Hemin，加入甲醇，形成0.5mg/mL的悬浮液，进行红外光谱及透射电镜表征，表征结果如附图2所示，其中(a)为红外光谱，(b)为透射电镜图，由图可见，Hemin中的羧基与包裹AuNPs的PEI中的氨基形成酰胺键，成功合成10.5±1.5nm直径的纳米复合物。

实施例2：PEI-AuNPs-Hemin对MO吸附的可行性试验。

采用本发明所述的PEI-AuNPs-Hemin合成及用于MO吸附降解的研究，合成步骤如同上述实施例1，在3mL的25μM MO溶液中分别加入10、20μL的0.1mM Hemin，10、20、30μL的0.5mg/mL PEI-AuNPs，以及10μL的0.5mg/mL的PEI-AuNPs-Hemin，pH调节为3.0，检测混合液的吸光度，结果如附图3所示，由图可见，单独的Hemin分子及PEI-AuNPs对MO都没有明显的吸附作用，而即使微量的PEI-AuNPs-Hemin对MO的吸附作用也很强。

实施例3：不同浓度的PEI-AuNPs-Hemin对MO的吸附性能。

采用本发明所述的PEI-AuNPs-Hemin合成及用于MO吸附降解的研究，合成步骤如同上述实施例1，在3mL的25μM MO溶液中分别加入不同量的0.4mg/mL的PEI-AuNPs-Hemin溶液(10mL、20mL、40mL、60mL、90mL、120mL)，pH调节为3.0，吸附结果如附图4所示，由图可见，甲基橙的吸光度随着PEI-AuNPs-Hemin量的增加而明显降低，降低90％后达到饱和，说明PEI-AuNPs-Hemin纳米材料对甲基橙有很强的吸附性能。

实施例4：不同浓度的PEI-AuNPs-Hemin在不同pH条件下对MO的吸附性能。

采用本发明所述的PEI-AuNPs-Hemin合成及用于MO吸附降解的研究，合成步骤如同上述实施例1，在3mL的25μM MO溶液中分别加入不同量的0.4mg/mL的 PEI-AuNPs-Hemin溶液(10mL、20mL、40mL、60mL、90mL、120mL)，pH调节至3.0、4.5、7.0、9.0、10.5，吸附结果如附图5所示，由图可见，PEI-AuNPs-Hemin在酸性条件下对MO的吸附性能比在碱性条件下要好。

实施例5：PEI-AuNPs-Hemin对MO的降解作用与紫外照射时间的关系。

采用本发明所述的PEI-AuNPs-Hemin合成及用于MO吸附降解的研究，合成步骤如同上述实施例1，在3mL的25μM MO溶液中分别加入10μL的超纯水、0.1mM Hemin、0.5mg/mL PEI-AuNPs，以及0.5mg/mL的PEI-AuNPs-Hemin，pH调节为3.0，280nm波长的紫外照射2、4、10、20、40min后，检测混合液的吸光度，结果如附图6所示，由图可见，单独的Hemin分子及PEI-AuNPs在紫外照射下对MO都没有明显的降解作用，而PEI-AuNPs-Hemin对MO的降解速率很快。