可同时识别并高效降解四环素的纳米复合材料的制备方法及应用与流程

本发明属于纳米复合材料技术领域，具体涉及一种可同时识别并高效降解四环素的纳米复合材料的制备方法及应用。

背景技术：

抗生素是由微生物产生的在低浓度下能抑制其它微生物生长的小分子天然有机化合物，它的种类有很多种，常见的如四环素、土霉素、强力霉素等。其中四环素是目前临床使用最广泛的广谱类抗生素之一，被广泛地用于人类和动物疾病的预防和治疗以及用作牲畜饲养的生长促进剂。我国是抗生素生产和使用大国，而且滥用情况严重。近年来，为有效预防和治疗畜禽、鱼类的疾病，一些不法分子为了经济效益，常滥用这类药物，致使在动物性食品中大量残留，不仅危害人体健康，而且更为严重的是，通过各种代谢途径和迁移转化途径，四环类抗生素已经在土壤、地表水、地下水等环境介质检出，而且该类物质具有慢性毒性和积蓄毒性等危害，已经对人体和生态系统带来巨大威胁，如导致耐药性细菌或病毒的产生。因此，发展简便、灵敏和高选择性的检测技术或方法对于监控环境中四环素类抗生素污染等具有重要意义。因此，控制四环素的使用，实施对畜禽产品以及环境中四环素的简便、灵敏和高选择性检测分析十分重要。

此外，在检测出四环素类抗生素超标后对其进行有效的降解也显得至关重要。目前，四环素的去除方法主要有生物法、物理吸附法和化学降解法等等。生物法降解四环素的影响因素及降解条件相对比较复杂，且较高浓度的残留四环素会对微生物产生抑制作用和杀灭作用。所以，处理高浓度的残留四环素主要依靠物理吸附法或者化学降解法。然而，建立在纳米材料基础上的物理吸附法对四环素虽然有很大的吸附比，但是该法未能从根本上实现四环素的降解。因而对四环素的降解目前采用的还是以化学法为主。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，而提供一种可同时识别并高效降解四环素的纳米复合材料的制备方法和应用，该复合材料对四环素具有高灵敏性识别及高效降解性，且其制备工艺简单，易于推广，具有一定的应用前景。

本发明采用如下技术方案：

可同时识别并高效降解四环素的纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，高岭土@Ag的制备：将高岭土超声分散在水中，加热至75-85℃，边搅拌边加入氢氧化钠溶液调节溶液pH值为10.6-12.1，先滴加硝酸银的水溶液搅拌1-2h后加入乙醇继续搅拌1-2h，再加入硝酸银的水溶液和柠檬酸三钠搅拌2-4h，离心收集产物，分别用水、乙醇洗涤至上清液无色透明，真空干燥，得高岭土@Ag；

步骤二，高岭土@Ag@APTES的制备：将步骤一制得的高岭土@Ag 与APTES（氨丙基三乙氧基硅烷）超声分散溶于1甲苯中，于80-100℃下搅拌16-24h，离心收集产物，用乙醇洗涤，真空干燥，得高岭土@Ag@APTES；

步骤三，高岭土@Ag@柠檬酸的制备：将柠檬酸溶于DMF和水的混合溶液中，超声分散下依次加入NHS、EDC、DDC各10mg，常温搅拌4-6h后，加入步骤二制得的高岭土@Ag@APTES，继续常温搅拌16-24 h，离心收集产物，依次用DMF、蒸馏水洗涤后，真空干燥，得高岭土@Ag@柠檬酸；

步骤四，高岭土@Ag@柠檬酸-Eu的制备：

将步骤三制得的高岭土@Ag@APTES@柠檬酸溶于乙醇中超声分散，加入到含有六水合硝酸铕的乙醇溶液中，60-70℃下搅拌5-8 h，离心收集产物，依次用乙醇、蒸馏水洗涤后，真空干燥，即得所述高岭土@Ag@柠檬酸-Eu。

更进一步地，步骤一中所述氢氧化钠溶液的浓度为0.2-0.26mol/L，步骤一中所述搅拌速度为1200-1800r/min。

更进一步地，步骤一中加入的硝酸银与高岭土的质量比为3.26~6.52:400~800，先滴加的硝酸银与再加入的硝酸银的摩尔比为1.6~2.56:1，加入的硝酸银的浓度为0.12-0.15mol/L，再加入的硝酸银和加入的柠檬酸三钠的摩尔比为1.2~1.5:2.3。

更进一步地，步骤二中所述高岭土@Ag与APTES的质量比为2.01:1。

更进一步地，步骤三中所述DMF和水的混合溶液中，DMF和水的体积比为1:1，加入的柠檬酸、NHS、EDC、DDC和高岭土@Ag@APTES的质量比为5:1:1:1:20。

更进一步地，步骤四中所述加入的高岭土@Ag@APTES@柠檬酸与六水合硝酸铕的质量比为5.6:1。

由上述的可同时识别并高效降解四环素的纳米复合材料的制备方法制得的可同时识别并高效降解四环素的纳米复合材料在检测和降解四环素中的应用。

本发明还提供可同时识别并高效降解四环素的纳米复合材料在检测和降解四环素中的应用，具体如下：

将高岭土@Ag@柠檬酸-Eu加入的Tris-HCl（pH=7.1）缓冲溶液中，超声分散后置于比色皿中，测得初始荧光图，配置四环素溶液，以50nM的浓度梯度依次加入到上述高岭土@Ag@柠檬酸-Eu体系中，分别测其荧光图，通过数据拟合以后得出高岭土@Ag@柠檬酸-Eu对四环素的检测限，取出检测了四环素后的高岭土@Ag@柠檬酸-Eu，得高岭土@Ag@柠檬酸-Eu-TC；

将上述高岭土@Ag@柠檬酸-Eu-TC在模拟太阳光的照射条件下进行光降解测试，每间隔5min测试其紫外吸收谱图和荧光谱图，直至紫外吸收谱图和荧光谱图上均检测不到四环素的原始激发或者发射峰。

更进一步地，所述四环素溶液的浓度为0.0001M。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

第一：本发明制备的纳米复合材料能够实现水相中四环素的超灵敏快速检测，通过荧光光谱仪可以实时监测环境中四环素的超标情况；

第二：本发明制备的纳米复合材料在太阳光照射下还能实现四环素的降解，将环境中超标的四环素彻底去除干净；

第三：本发明的纳米复合材料的制备工艺简单，易于推广，具有一定的应用前景。

附图说明

图1为本发明制得的各中间产物及最终产物的透射电镜图或扫描透射电镜图，其中a为高岭土的透射电镜图，b为高岭土@Ag的透射电镜图，c为高岭土@Ag@柠檬酸-Eu的透射电镜图，d为高岭土@Ag@柠檬酸-Eu的扫描透射电镜图；

图2为高岭土和本发明制备的高岭土@Ag的粉末衍射图；

图3为本发明制备的高岭土@Ag@柠檬酸-Eu对四环素识别的荧光光谱图；

图4为本发明制备的高岭土@Ag@柠檬酸-Eu-TC在模拟太阳光光源下的降解紫外光谱图；

图5为本发明制备的高岭土@Ag@柠檬酸-Eu-TC在模拟太阳光光源下的降解荧光图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。

实施例1

步骤一，高岭土管内负载银纳米材料（高岭土@Ag）的制备：

将高岭土（400mg）超声分散在50-100mL 水中，油浴加热至85℃，加入0.2mol/L的氢氧化钠水溶液调节pH值为12.1（调节pH时强烈搅拌），缓慢滴加0.160mL硝酸银水溶液（0.12mol/L），搅拌1h后加入25mL乙醇继续搅拌1h，再加入0.1 mL硝酸银水溶液（0.12mol/L）和0.1mL的柠檬酸三钠水溶液（0.23mol/L）搅拌1h，离心收集产物，分别用水、乙醇洗涤至上清液无色透明，真空干燥箱干燥3h后待用，其中，该步骤中所述搅拌速度为1200r/min。其形貌如图1所示，高岭土纳米管为内径30纳米左右、长度在几百纳米范围内的中空管状物。在柠檬酸作用下，通过调控硝酸银和高岭土纳米管的用量可以将Ag离子引入高岭土纳米管的内部空腔处并缓慢的将其还原成银纳米离子。从图1可以看出本发明制备的高岭土@Ag纳米管具有很好的形貌及分散性。从粉末衍射数据（如图2所示）可以看出负载了银纳米粒子以后，XRD谱图上出现了银纳米粒子的特征衍射峰（111, 200, 220晶面），证明本发明中的高岭土@Ag纳米管被成功制备。

步骤二，高岭土@Ag@APTES的制备：取400mg高岭土@Ag 与0.85mL APTES（氨丙基三乙氧基硅烷）超声分散溶于125mL甲苯中，90℃油浴加热搅拌24h，产物离心，用乙醇洗涤3次，真空干燥箱干燥3h后待用。

步骤三，高岭土@Ag@柠檬酸的制备：

取柠檬酸50mg溶于DMF : 水=1: 1的25mL混合溶液中，依次超声分散加入NHS、EDC、DDC各10mg，常温搅拌4h后，加入200mg高岭土@Ag@APTES，继续常温搅拌24h，离心收集产物，依次用DMF、蒸馏水洗涤数次后，真空干燥箱干燥3h后待用。

步骤四，高岭土@Ag@柠檬酸-Eu的制备：

取0.085g高岭土@Ag@APTES@柠檬酸溶于15mL乙醇中超声分散，加入到含有0.015g六水合硝酸铕的10mL乙醇溶液中，60℃油浴加热搅拌5h，离心收集产物，依次用乙醇、蒸馏水洗涤数次后，真空干燥箱干燥6h后待用。

用制得的高岭土@Ag@柠檬酸-Eu 对四环素进行检测：

取1mg高岭土@Ag@柠檬酸-Eu于2mL的Tris-HCl（pH=7.1）缓冲溶液中，超声分散后置于比色皿中，测得初始荧光图。配置浓度为0.0001M的四环素溶液，以50nM的浓度梯度依次加入到上述高岭土@Ag@柠檬酸-Eu体系中，分别测得它们的荧光图，通过数据拟合以后得出该材料对四环素的检测限。通过图3所示的荧光光谱图可以看出，当体系中出现极微量的四环素（50nM）时，由于四环素与铕离子配位，引起体系荧光强度的增强，并且随着体系中四环素的含量增加，其荧光强度也不断增强。后续的数据拟合得出本发明所例的纳米材料对四环素的检测限是6.61nM，实现了四环素的超灵敏检测。

用高岭土@Ag@柠檬酸-Eu 对四环素进行降解：

实现了四环素的检测后的材料（高岭土@Ag@柠檬酸-Eu-TC）自身就吸附了一定量的四环素。将高岭土@Ag@柠檬酸-Eu-TC溶液通过光催化仪器，在模拟太阳光的照射条件下进行光降解测试。光照射每间隔5min测一次其紫外吸收谱图和荧光谱图，直至紫外和荧光谱图上都检测不到四环素的原始激发或者发射峰。通过图4和图5可以看出，光照一个h后，本发明所例的纳米材料能够实现对四环素的完全降解，实现了对四环素的快速降解。

实施例2

步骤一，高岭土管内负载银纳米材料（高岭土@Ag）的制备：

将高岭土（400mg）超声分散在50-100mL 水中，油浴加热至85℃，加入0.25mol/L的氢氧化钠水溶液调节pH值为10.6（调节pH时强烈搅拌），缓慢滴加0.256mL硝酸银水溶液（0.15mol/L），搅拌2h后加入25mL乙醇继续搅拌2h，再加入0.1 mL硝酸银水溶液（0.15mol/L）和0.1mL的柠檬酸三钠水溶液（0.23mol/L）搅拌2h，离心收集产物，分别用水、乙醇洗涤至上清液无色透明，真空干燥箱干燥3h后待用，其中，该步骤中所述搅拌速度为1800r/min。

步骤二，高岭土@Ag@APTES的制备：

取400mg高岭土@Ag 与0.85mL APTES（氨丙基三乙氧基硅烷）超声分散溶于125mL甲苯中，80℃油浴加热搅拌24h，产物离心，用乙醇洗涤3次，真空干燥箱干燥3h后待用。

步骤三，高岭土@Ag@柠檬酸的制备：

取柠檬酸50mg溶于DMF : 水=1: 1的25mL混合溶液中，依次超声分散加入NHS、EDC、DDC各10mg，常温搅拌5h后，加入200mg高岭土@Ag@APTES，继续常温搅拌20h，离心收集产物，依次用DMF、蒸馏水洗涤数次后，真空干燥箱干燥3h后待用。

步骤四，高岭土@Ag@柠檬酸-Eu的制备：

取0.085g高岭土@Ag@APTES@柠檬酸 溶于15mL乙醇中超声分散，加入到含有0.015g六水合硝酸铕的10mL乙醇溶液中，70℃油浴加热搅拌5h，离心收集产物，依次用乙醇、蒸馏水洗涤数次后，真空干燥箱干燥6h后待用。

实施例3

步骤一，高岭土管内负载银纳米材料（高岭土@Ag）的制备：

将高岭土（400mg）超声分散在50-100mL 水中，油浴加热至85℃，加入0.26mol/L的氢氧化钠水溶液调节pH值为11（调节pH时强烈搅拌），缓慢滴加0.160mL硝酸银水溶液（0.12mol/L），搅拌2h后加入25mL乙醇继续搅拌2h，再加入0.1 mL硝酸银水溶液（0.12mol/L）和0.1mL的柠檬酸三钠水溶液（0.23mol/L）搅拌4h，离心收集产物，分别用水、乙醇洗涤至上清液无色透明，真空干燥箱干燥3h后待用，其中，该步骤中所述搅拌速度为1500r/min。

步骤二，高岭土@Ag@APTES的制备：

取400mg高岭土@Ag 与0.85mL APTES（氨丙基三乙氧基硅烷）超声分散溶于125mL甲苯中，100℃油浴加热搅拌16h，产物离心，用乙醇洗涤3次，真空干燥箱干燥3h后待用。

步骤三，高岭土@Ag@柠檬酸的制备：

取柠檬酸50mg溶于DMF : 水=1: 1的25mL混合溶液中，依次超声分散加入NHS、EDC、DDC各10mg，常温搅拌6h后，加入200mg高岭土@Ag@APTES，继续常温搅拌16h，离心收集产物，依次用DMF、蒸馏水洗涤数次后，真空干燥箱干燥3h后待用。

步骤四，高岭土@Ag@柠檬酸-Eu的制备：

取0.085g高岭土@Ag@APTES@柠檬酸 溶于15mL乙醇中超声分散，加入到含有0.015g六水合硝酸铕的10mL乙醇溶液中，60℃油浴加热搅拌8h，离心收集产物，依次用乙醇、蒸馏水洗涤数次后，真空干燥箱干燥6h后待用。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。