一种大孔介孔镍表面离子印迹聚合物的制备方法及应用_2

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br>[0029]步骤(5)中所述的二甲基丙烯酸乙二醇酯,其作用为交联剂。
[0030]步骤(5)中所述的偶氮二异丁腈,其作用为引发剂。
[0031 ]步骤(5)中所述的BDAAT,其作用为RAFT转移剂合成剂。
[0032] 步骤(6)中,所述镍离子动态吸附容量的计算方法为:
[0033]
[0034] 其中,qe为镍离子吸附容量,Q为体积流量(mL · mirT1),ttcltal为达到吸附平衡时所 用时间,Co镍离子溶液初始浓度,C t为t时刻流出液中镍离子浓度,m为吸附剂质量。
[0035]本发明的技术优点:
[0036] (1)合成的大孔介孔二氧化硅材料结合了介孔材料和大孔材料的优点,拥有较大 的比表面积,发达的多级孔隙结构,使其在扩散、传质等方面展示了优良的特性。
[0037] (2)利用响应曲面优化镍表面离子印迹聚合物的合成工艺,仅需30组实验即可得 到优化结果,得到具有优异吸附容量的印迹聚合物。
[0038] (3)本发明合成的镍表面离子印迹聚合物具有优越的镍离子识别能力;
[0039] (4)采用动态吸附方法吸附分离镍离子,为工业进一步应用提供依据;
【附图说明】
[0040] 图1(a)和1(b)分别是聚苯乙烯颗粒和MMS的扫描电镜图;图1(c)和1(d)分别是MMS 和Ni(II)-IIP的透射电镜图;由图1(a)可知合成的聚苯乙烯颗粒大小均一。从图1(b)可以 看出合成的MMS有很明显的大孔结构,这有利于传质;图1 (c)可以看出合成的MMS具有良好 的介孔结构,图1(d)与1(c)比较,可以看出印迹聚合物薄层有效地接枝到MMS的表面。
[0041] 图2为本发明合成过程中BDAAT浓度与AM浓度对镍离子动态吸附容量影响的响应 面三维图。
[0042] 图3为本发明合成过程中BDAAT浓度与AM浓度对镍离子动态吸附容量影响的响应 面二维图。
[0043] 图4为本发明合成过程中BDAAT浓度与反应时间T对镍离子动态吸附容量影响的响 应面三维图。
[0044] 图5为本发明合成过程中BDAAT浓度与反应时间T对镍离子动态吸附容量影响的响 应面二维图。
[0045]图6为本发明合成过程中BDAAT浓度与AIBN浓度对镍离子动态吸附容量影响的响 应面三维图。
[0046]图7为本发明合成过程中BDAAT浓度与AIBN浓度对镍离子动态吸附容量影响的响 应面二维图。
[0047] 图8为本发明合成过程中AM浓度与反应时间T对镍离子动态吸附容量影响的响应 面三维图。
[0048] 图9为本发明合成过程中AM浓度与反应时间T对镍离子动态吸附容量影响的响应 面二维图。
[0049] 图10为本发明合成过程中AM浓度与AIBN浓度对镍离子动态吸附容量影响的响应 面三维图。
[0050] 图11为本发明合成过程中AM浓度与AIBN浓度对镍离子动态吸附容量影响的响应 面二维图。
[0051] 图12为本发明合成过程中反应时间T与AIBN浓度对镍离子动态吸附容量影响的响 应面三维图。
[0052]图13为本发明合成过程中反应时间T与AIBN浓度对镍离子动态吸附容量影响的响 应面二维图。
【具体实施方式】
[0053]下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明,但本发明的保护范围并 不限于此。
[0054] (1)将2g苯乙烯(St),1.6g聚乙烯吡咯烷酮(PVP),0.5g 3-(甲基丙烯酰氧)丙基三 甲氧基硅烷(MPS)和0.04g AIBN依次加入到28mL乙醇和2mL水中,并将该混合溶液置于70°C 油浴中,氮气保护下,磁力搅拌24h。反应后将产物用乙醇:水(v:v,1:1)洗涤5次,以洗脱未 反应的St,PVP,MPS和AIBN,60°C真空干燥6h后取出,得到聚苯乙烯颗粒。
[0055] (2)将2g P123溶于56.67mL水和8.33mL盐酸中,35°C搅拌。待P123完全溶解后,加 入1 g步骤(1)中所得聚苯乙烯,逐滴加入4.6mL正硅酸四乙酯,35 °C水浴反应24h。然后将反 应混合物倒入聚四氟乙烯为衬底的不锈钢反应釜中,加盖密封好,移入烘箱中于100°C下陈 化24h。所得反应物用水洗涤3次以洗脱未反应的P123,聚苯乙烯和正硅酸四乙酯,60°C干 燥。将合成的粉末置于管式炉中,在空气中以1°C ?mirT1的升温速度缓慢升温,至550°C时恒 温6h,得到除去有机组分的大孔介孔二氧化硅材料MMS。
[0056] (3)0.3g步骤(2)中所得的MMS溶于40mL乙醇中,超声lOmin。然后取2mL MPS加入到 混合溶液中,40 °C反应12h。反应后将产物用乙醇洗涤3次,以洗脱未反应的MPS,50 °C真空干 燥得到MPS修饰的丽S (丽SOMPS)。
[0057] (4)响应面法优化设计
[0058] 选取对印迹聚合物合成影响较显著的BDAAT的用量、AM的用量、反应时间T和AIBN 的用量这4个因素为自变量,以镍离子吸附容量qe为响应值Y,利用Design-Expert 8.0.5b 软件根据中心复合试验设计(CCD)原则进行实验设计。设定结果见表1。
[0059] 设计一个4因素5水平的实验方案,具体如下:
[0060] 表1实验因素与水平设定
[0061]
[0063] 注:α = 2
[0064] 以BDAAT的质量(Χ〇、ΑΜ质量(Χ2)、反应时间(Χ3)和AIBN质量(Χ4)为自变量,以镍离 子吸附容量为响应值Y,试验方案见表2。
[0065] 表2中心复合试验设计
[0066]
[0067]
[0068] (5)取0.05g步骤(3)中的MMS@MPS,0.29g硝酸镍,AM,BDAAT,0.198g二甲基丙烯酸 乙二醇酯(EGDMA)和AIBN混合加入至20mL甲醇-水的混合溶液中,其中BDAAT的质量、AM质量 和AIBN质量按表2实验编号依次进行,甲醇与水的体积比为1:1。并将该混合溶液置于60°C 油浴中,氮气保护下,反应表2相对应时间。反应后依次用甲醇、去离子水各洗涤5次,以脱除 未反应的丙烯酰胺、偶氮二异丁腈以及未印迹的Ni(II),在60°C下真空干燥,然后用2mol · Γ1盐酸洗去模板离子,并用去离子水洗至中性,再在60°C下真空干燥获得大孔介孔材料表 面离子印迹聚合物,简写为Ni(II)-IIP-X(X为实验编号)。
[0069] (6)动态分离水溶液中镍离子
[0070] 选用自制动态吸附实验装置,将0. lg的Ni(II)-IIP-X装入动态吸附柱,用pH6.0的 去离子水通过吸附装置10_30min,其目的在于排除实验外的影响因素,从而降低实验误差。 控制溶液流速为lmL · mirT1,将配制好的30mg · I/1的镍离子溶液通过吸附柱,并用5mL塑料 离心管连续接流出液,结合电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)测量流出液浓度。 [0071] (7)模型的建立和统计分析
[0072] 试验结果见表3。
[0073]表3中心复合试验结果
[0074]
[0075]
[0076] 根据上述数据进行多元回归分析,建立二次多元回归模型: 7 ^ + 12.32 + 0.28^, +1.1+0.15^, -0.18.V; +0.063.V,^; +0.19^,^
[0077] -0.\9Χ]Χ4 -Ο.δΟΧ,Χ, -0.22Χ,Χ, -0.()25Χ,Χ4 - 0.077λ·' - \ 33Χ: -0,41^: -0.33 Λ;
[0078] 其中,响应值Υ为镍离子吸附容量qe,X^BDAAT的用量、Χ2为AM的用量、Χ 3为反应时 间Τ,Χ4为ΑΙΒΝ的用量;
[0079] (8)对二次多元回归模型方程进行方差分析和显著性分析,分析结果见表4:
[0080]表4实验数据的方差分析结果
[0081]
[0082] 注:*为差异显著(Ρ〈0·05)。
[0083] 各因子与响应值之间线性关系显著性,由F值检验来判定,Ρ值越小,则说明变量的 显著性越高。
[0084]由方差分析表(表4)可知,其因变量和全体自变量之间的线性关系显著(R2 = 0.9838
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