功能化聚苯乙烯纳米微球的制备及其在重金属检测传感器上的应用

摘要

聚合物纳米颗粒尺寸处于原子簇与宏观体系之间的过渡区域，具有很高的比表面积，其性质明显区别于宏观体系与微观体系。制备聚合物纳米颗粒，尤其是粒径小于30nm的聚合物颗粒在生物医学领域有着重要的意义，聚合物纳米颗粒与生物大分子（如氨基酸和蛋白质）的尺寸相似性、尺寸依赖性以及其简单可调的功能化表面是当前研究的主要方向。单分散的聚苯乙烯纳米微球作为生物、医药、有机固相合成的支载材料有着广泛的应用前景，尤其是其表面巯基化的聚合物纳米粒子在药物释放、生物传感器、蛋白质合成分析方面应用广泛。以巯基化的聚苯乙烯树脂作为可识别元件，配上相应的转换元件，可制备出能够测量某个区间重金属离子任意浓度的传感器，以弥补单纯的富集显色不能定量检测的不足。
　　微分微乳液聚合在传统的乳液聚合基础上改变加料方式，通过微分滴加聚合单体分几段加料，在低单体/乳化剂比率下合成单分散、小粒径聚合物纳米粒子。本实验以苯乙烯(St)和对氯甲基苯乙烯(VBC)为聚合单体，二乙烯基苯(DVB)为交联剂采用分阶段微分加料的方法，在乳化剂和单体比为1∶5，Styrene∶VBC=1∶2，Mn1∶Mn2=3∶2时制备得到的氯甲基化聚苯乙烯(CMPS)微球平均粒径为25nm。使用氯甲基化微球样品与硫脲反应后制得巯基化聚苯乙烯(SHPS)纳米粒子，透射电镜结果显示微球具有好的单分散性和球型。元素分析结果显示CMP微球的氯元素含量为9.40％;SHPS微球的巯基含量为7.72％。
　　使用巯基化微球以自组装方式对QCM电极进行修饰，赋予电极吸附重金属离子的能力。原子力显微镜和电子显微镜对微球在电极上的组装情况及吸附情况进行考察。通过静态吸附实验研究了巯基化微球对水溶液中Au(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的吸附性能。静态吸附结果表明，巯基化微球对对铜、金两种离子的吸附具有很强的pH依赖性，在5min内可达到吸附平衡，吸附平衡时金、铜两种离子的去除率分别为96.42％和99.94％。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 聚合物纳米材料简介

1．1．1 聚合物纳米材料的结构与性质

1．1．2 聚合物纳米材料的制备及应用

1．2 功能化聚苯乙烯纳米粒子

1．2．1 聚苯乙烯纳米粒子的制备

1．2．2 氯甲基化聚苯乙烯纳米粒子的制备及应用

1．2．3 巯基化聚苯乙烯纳米粒子的制备及应用

1．3 压电石英传感器在重金属分析中的应用

1．3．1 石英微重天平概述

1．3．2 基于压电技术的重金属检测方法

1．4 本课题的研究目的、内容与意义

2 巯基化聚苯乙烯微球的制备与表征

2．1 实验部分

2．1．1 实验主要试剂及仪器

2．1．2 原料的纯制

2．1．3 微球的制备

2．1．4 测试与表征

2．2 结果与讨论

2．2．1 不同反应条件对氯甲基化微球的影响

2．2．2 微分微乳液聚合制备CMPS微球的反应过程及机理

2．2．3 元素分析及结构表征

2．2．4 表面形貌及粒径分析

2．3 小结

3 巯基化微球吸附性能的研究

3．1 实验部分

3．1．1 实验原料

3．1．2 实验仪器

3．1．3 重金属离子的吸附与表征

3．2 结果与讨论

3．2．1 吸附动力学

3．2．2 溶液pH值对吸附的影响

3．2．3 吸附等温线

3．3 小结

4 巯基化微球在QCM电极上的组装与测定

4．1 实验部分

4．1．1 实验仪器与设备

4．1．2 巯基化微球在金电极上的组装

4．1．3 巯基化修饰QCM电极对重金属离子的测定及解吸

4．2 结果与讨论

4．2．1 微球在电极上的组装表征

4．2．2 QCM电极对重金属离子的测定及解吸

4．3 小结

5 结论

参考文献

个人简历、硕士期间研究成果

致谢