碳基双酚A温敏性分子印迹聚合物的制备及其吸附性能测试

摘要

分子印迹聚合物（MIPs）是采用分子印迹技术（MIT）制备且能够特异识别目标分子的形状、大小和特定官能团的一种新型智能高分子材料。在最近十几年，人们对MIPs的制备方法和应用领域方面的研究成果斐然，也因此激发了越来越多的研究者对分子印迹技术的探索，研究者开始在MIPs上加入了智能特性如磁性、温敏性、以及光响应性、双模板分子。本论文以水环境中危害人类健康的双酚A（BPA）为模板分子，以具有化学、物理、热稳定性能的碳球为基体，N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）为温敏单体，采用两种方法，设计合成两种双酚 A温敏性分子印迹聚合物(BPA-C@T-MIP)，并对BPA-C@T-MIP的吸附性能、选择、再生性能进行了系列研究。本论文主要包括以下三个方面：
　　（1）以绿色有机单糖葡萄糖为原料，采取水热法制得水热碳球（CSs），考察了温度（170℃、180℃、190℃）、时间（16 h、18 h、20 h）和浓度（0.1mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L）对CSs形貌和表面官能团的影响，通过扫描电镜、红外仪器、热重等表征手段，得出了最优反应条件，180℃、18 h、葡萄糖浓度0.2mol/L。碳球具有独特的结构和优良的物化性能，水热反应制备的碳球表面具有含氧官能团，然后对CSs进行乙烯基功能化后，将C=C双键接枝到了碳球表面，为后续制备分子印迹聚合物奠定基础。
　　（2）采用两步法在碳球表面制备温敏性分子印迹聚合物。在上述乙烯基功能化碳球的基础上，以NIPAM为温敏单体、过硫酸钾（KPS）为引发剂、N,N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）为交联剂，在碳球表面接枝上了温敏单体；接着在引发剂偶氮二异丁腈（AIBN）、交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）条件下与模板分子BPA键合，制备了双酚A温敏性分子印迹聚合物，通过SEM、FT-IR、TG等表征手段分析了其形貌、结构，然后对其制备的BPA-C@T-MIP进行吸附性能测试，根据吸附数据得出所符合的吸附模型，然后分析其吸附机理。
　　（3）采用一步法将乙烯基功能化CSs、模板分子BPA、温敏单体NIPAM、引发剂AIBN、交联剂EGDMA溶于一起，进行温敏性分子印迹聚合物的制备。通过两种方法制备的BPA-C@T-MIP进行对比，得出两者对BPA的吸附量相近，而一步法操作简便，于是在一步法制备中添加辅助功能单体2-乙烯吡啶（2-VP），来提高印迹效率，考察了温敏单体NIPAM与2-VP的配比（NIPAM/2-VP）对BPA-C@T-MIP的形貌和性能的影响。通过表征手段，得到最佳投料量：0.1 g乙烯基功能化碳球，1 mmol BPA：NIPAM/2-VP(2.5 mmol/1.5 mmol)，0.07 g AIBN，10 mmol EGDMA。分析结果表明该BPA-C@T-MIP具有温敏性和较高的吸附量。