磺胺嘧啶分子印迹聚合物的计算机模拟、制备及性能研究

摘要

分子印迹聚合物(MIPs)是利用分子印迹技术(MIT)制备的能够“记忆”目标分子的形状、大小和特定官能团的一种新型智能材料。近十几年来，MIPs的研究在制备方法和应用领域均取得了丰硕的成果，但对MIPs识别机理的研究相对较少。本论文以工业水处理中难去除的磺胺嘧啶(SDZ)为模板分子，采用计算机模拟和实验相结合的方法，设计合成了两类磺胺嘧啶印迹聚合物(SDZ-MIPs)，并对SDZ-MIPs的吸附性能和物理化学性能进行了系列研究。本论文主要包括以下三个方面:
　　(1)采用量子化学和分子动力学两种分子模拟法相结合的方法对SDZ印迹预组装体系进行模拟计算。量子化学法精度高，通过计算模板分子与功能单体形成复合物之间的相互作用力，筛选单体以及确定印迹识别位点。分子动力学方法考虑时间、温度、压力等实际因素，更加接近真实体系，通过模拟SDZ印迹预组装体系，考察模板分子-功能单体比例对印迹效果的影响。模拟结果表明:4VP、MAA共用功能单体组合相比于4VP、AM共用功能单体组合更加适用于SDZ-MIPs制备，SDZ∶4VP∶ MAA比例为1∶4∶4时印迹预组装体系模拟效果优于比例1∶2∶2和1∶8∶8。
　　(2)以六钛酸钾晶须为载体制备不同配比的SDZ-MIPs印迹复合材料，通过分析实验结果和计算机模拟结果，确定最优印迹预组装体系。对最优的SDZ-MIPs进行了一系列物化性能和吸附拟合的研究，结果表明SDZ-MIPs吸附过程符合准二阶吸附动力学模型，而非印迹聚合物(NIPs)则符合准一阶吸附动力学模型;Freundlich模型可以很好描述SDZ-MIPs吸附等温线，而NIPs吸附等温线则符合Langmuir模型。吸附模型拟合结果表明SDZ-MIPs和NIPs吸附机理的不同。
　　(3)根据最优印迹预组装体系，引入温敏性单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和亲水性交联剂N，N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)制备不同交联剂配比的磺胺嘧啶温敏性分子印迹聚合物(SDZ-TMIPs)。结果表明，引入NIPAM可以赋予SDZ-MIPs温度响应性识别能力;适量的MBA可以增强SDZ-TMIPs的表面亲水性和选择性吸附能力，但只以MBA用作交联剂会导致选择性吸附能力大幅下降;以EGDMA和MBA为复合交联剂成功合成SDZ-TMIPs，在35℃达到最大吸附量(3.847 mg g-1)。将SDZ-TMIPs应用于真实水样品中SDZ的选择性分离、富集和检测，结果较为理想。
　　本论文结合量子化学和分子动力学两种计算机模拟技术应用于SDZ-MIPs的设计，对磺胺类药物MIPs的制备提供一定理论指导，有助于理解印迹机理;通过理论与实验相互结合、相互印证，对SDZ-MIPs吸附性能进行优化，为MIT应用于磺胺类药物污水处理和检测提供了一定的理论基础和依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 分子印迹技术研究现状与进展

1．1．1 分子印迹技术概述

1．1．2 分子印迹技术的基本原理

1．1．3 分子印迹聚合物的制备及应用

1．1．4 印迹聚合物的研究进展

1．2 分子模拟在分子印迹技术中的应用

1．2．1 分子模拟的概念及分类

1．2．2 量子化学在分子印迹领域的研究进展

1．2．3 分子动力学在分子印迹领域的研究进展

1．3 磺胺类药物污染现状及处理方法

1．3．1 磺胺类药物污染现及研究现状

1．3．2 磺胺类药物分子印迹聚合物研究现状

1．4 论文的研究目的和内容

1．4．1 论文的研究目的

1．4．2 论文的研究内容

第二章 磺胺嘧啶分子印迹预组装体系的计算机模拟

2．1 磺胺嘧啶识别位点的量子化学模拟

2．1．1 磺胺嘧啶识别位点的量子化学模拟过程

2．1．2 量子化学模拟结果讨论与分析

2．2 磺胺嘧啶印迹预组装体系的分子动力学模拟

2．2．1 磺胺嘧啶印迹预组装体系的分子动力学模拟过程

2．2．2 径向分布函数分析

2．3 本章小结

第三章 基于六钛酸钾载体的磺胺嘧啶分子印迹聚合物的制备及性能研究

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 实验药品

3．2．2 实验仪器

3．2．3 基于六钛酸钾载体的SDZ-MIPs的制备过程

3．2．4 SDZ-MIPs和NIPs的表征

3．2．5 吸附实验

3．3 结果与讨论

3．3．1 SDZ-MIPs吸附性能评价

3．3．2 SDZ-MIPs红外光谱表征

3．3．3 SDZ-MIPs吸附动力学分析

3．3．4 SDZ-MIPs吸附等温线分析

3．4 本章小结

第四章 基于六钛酸钾载体的温敏性磺胺嘧啶分子印迹聚合物的制备及性能研究

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 实验药品

4．2．2 实验仪器

4．2．3 基于六钛酸钾载体的SDZ-TMIPs的制备过程

4．2．4 SDZ-TMIPs和NIPs的表征

4．2．5 吸附实验

4．2．6 固相萃取实验

4．3 结果与讨论

4．3．1 SDZ-TMIPs吸附性能评价

4．3．2 SDZ-TMIPs的物化性能表征结果及分析

4．3．3 SDZ-TMIPs的温敏性吸附行为

4．3．4 SDZ-TMIPs吸附动力学分析

4．3．5 SDZ-TMIPs吸附等温线分析

4．3．6 真实水样品中测定SDZ结果分析

4．4 本章小结

第五章 结论与进一步工作建议

5．1 结论

5．2 进一步工作建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文