一种以双胺A为模板通过半共价法制备硅胶表面双酚A分子印迹聚合物的方法

摘要

一种以双胺A为模板通过半共价法制备硅胶表面双酚A分子印迹聚合物的方法，它涉及一种制备双酚A分子印迹聚合物的方法。本发明的目的是要解决现有半共价法制备的双酚A分子印迹聚合物存在产率低、颗粒无定形、效率和辨率低及由于包埋过深，导致位点利用率低的问题。方法：一、硅胶活化，得到活化硅胶；二、硅胶接双键，得到接枝硅胶；三、聚合，得到聚合反应产物；四、水解洗脱，得到硅胶表面双酚A分子印迹聚合物。本发明主要用于制备硅胶表面双酚A分子印迹聚合物。

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备双酚A分子印迹聚合物的方法。

背景技术

双酚A，也称BPA，是世界上应用最广泛的工业原料之一，主要用于合成聚碳酸酯和 环氧树脂等高分子聚合物，此类材料可应用于矿泉水瓶，婴儿奶瓶,罐头食品和饮料的内壁 以及护理产品添加剂等产品的生产制造。双酚A是典型的环境内分泌干扰物，容易在生物 体内富集，可与机体内与雌激素受体结合，从而影响正常的内分泌代谢活动。相关研究证 实双酚A能模拟雌激素，干扰内分泌系统，降低免疫力，增加癌症患病几率，妨碍大脑发 育，促使肥胖，代谢综合征和糖尿病的风险增加。

目前，双酚A主要的分析测试方法有高效液相色谱，气相色谱，和毛细管电泳。由 于实际样品中双酚A浓度低（含量一般在ng·L^-1或者μg·L^-1级别）并且环境基质复杂， 必须对样品进行前处理和富集。固相萃取(solid-phaseextraction,SPE)是双酚A样品前处理 中最常用的方法，传统SPE吸附剂（如C18、键合硅胶、PS-DVB以及石墨化碳黑等） 缺乏对双酚A的特异吸附选择性，为了克服该问题，我们需要寻找一种具有特异吸附性 的物质。

分子印迹技术是一种制备对特定目标分子（模板分子）具有特异选择性的高分子聚合 物的技术。分子印迹聚合物的方法主要是共价法、非共价法和半共价法，共价法制备分子 印迹聚合物自组装或识别过程中结合和解离速度较慢，难以达到热力学平衡，不适于快速 识别；非共价法制备的分子印迹聚合物选择识别性低，空穴轮廓不清晰。基于这样的原因， 促使我们探索利用半共价法制备分子印迹聚合物。半共价法是近年来Vulfson等人发展的一 种方法，该方法实际上是将分子自组装和预组装结合起来，先将模板分子和功能单体通过 共价键的方式结合，通过化学方法洗脱，当模板再进入印迹腔中与其中的功能单体残基以 非共价键的方式结合。半共价法结合了预组装法的构型清晰，特异选择吸附性好以及自组 装法的客体释放速度快的优点，解决了共价印迹较慢客体键合和释放的缺点。

目前所报道的双酚A分子印迹聚合物的制备多数为非共价法，该种方法制备的聚合物 分子构型不清晰，结合不牢固，特异吸附能力差，在实际样品处理中会有双酚A溢出，测 试结果不准确。用半共价法制备的双酚A分子印迹聚合物均采用本体聚合的方法，该方法 需反复研磨，费时费力，产率低，颗粒无定形，效率、分辨率低，在研磨过程中会破坏部 分印迹位点；包埋过深，部分目标分子无法洗脱，降低位点利用率。

发明内容

本发明的目的是要解决现有半共价法制备的双酚A分子印迹聚合物存在产率低、颗粒 无定形、效率和辨率低及由于包埋过深，导致位点利用率低的问题，而提供一种以双胺A 为模板通过半共价法制备硅胶表面双酚A分子印迹聚合物的方法。

一种以双胺A为模板通过半共价法制备硅胶表面双酚A分子印迹聚合物的方法，具体是 按以下步骤完成的：

一、硅胶活化：首先将硅胶超声分散于质量分数为5%～10%的盐酸溶液中，然后在温 度为20～25℃条件下搅拌回流反应12h～24h，得到的固体反应产物利用蒸馏水洗至滤液呈中 性为止，洗涤后的固体放入马弗炉中，在温度为380℃～420℃下焙烧18h～30h，得到活化硅 胶；步骤一中所述的硅胶的质量与质量分数为5%～10%的盐酸溶液的体积比为 1g:(4mL～10mL)；

二、硅胶接双键：将活化硅胶超声分散于甲苯中，然后在氮气保护下加入乙烯基三甲 氧基硅烷，室温搅拌18h～30h，分离得到的固体采用甲苯超声清洗4～6次，清洗后的固体 经抽滤得到接枝硅胶；步骤二中所述的活化硅胶的质量与甲苯的体积比为(1g～4g):20mL； 步骤二中所述的乙烯基三甲氧基硅烷与甲苯的体积比为(3～14):4；

三、聚合：首先将双胺A和甲基丙烯酸加入甲苯中，超声分散均匀后从室温加热至 50℃～100℃，并在温度为50℃～100℃下搅拌反应2h～5h，然后加入接枝硅胶，并在室温下 搅拌反应5min～30min，再加入二甲基丙烯酸乙二醇酯和偶氮二异丁腈，超声分散均匀后在 氮气保护和温度为55℃～80℃下机械搅拌反应18h～30h，得到聚合反应产物；步骤三中所述 的双胺A的质量与甲苯的体积比为(0.2g～0.4g):15mL；步骤三中所述的甲基丙烯酸与甲苯的 体积比为(150μL～350μL):15mL；步骤三中所述的接枝硅胶的质量与甲苯的体积比为 (1g～4g):15mL；步骤三中所述的二甲基丙烯酸乙二醇酯与甲苯的体积比为(5～9):15；步骤三 中所述的偶氮二异丁腈的质量与甲苯的体积比为(0.07g～0.1g):15mL；

四、水解洗脱：采用甲醇对聚合反应产物进行超声洗涤5～10次，超声洗涤得到的固 体以0.01mol/L～0.1mol/L的氢氧化钠甲醇溶液为溶剂进行索氏提取，索氏提取2d～5d，得 到的提取物先采用甲醇洗涤，再采用蒸馏水洗涤，最后再采用甲醇洗涤，洗涤后的产物经 干燥即得到硅胶表面双酚A分子印迹聚合物。

本发明优点：一、本发明制备的双酚A分子印迹聚合物使用表面分子印迹技术，较传 统技术制备的双酚A分子印迹聚合物彻底解决了包埋过深，位点利用率过低，颗粒物定形 的问题，且产率高，吸附速率高；二、本发明制备的双酚A分子印迹聚合物采用半共价的 方法，制备轮廓清晰，各分子间结合牢固，呈多孔网状交联结构，该结构使得本分子印迹 聚合物有着较高的分辨率和吸附率；三、本发明首次采用双胺A为模板通过半共价法在硅 胶表面制备双酚A分子印迹聚合物，该方法彻底解决了吸附过程中模板分子渗漏问题；四、 本发明使用的双胺A模版分子较已报道的模板分子双酚F分子形貌更接近双酚A，而且双 胺A中氨基的活性比双酚F中的羟基强，易与功能单体发生反应。

本发明制备的硅胶表面双酚A分子印迹聚合物对双酚A具有明显的选择性识别能力， 且本发明制备的硅胶表面双酚A分子印迹聚合物用于吸附双酚A时，去除率能达到80%以 上。

附图说明

图1是试验一步骤一得到的活化硅胶的扫描电镜图；

图2是试验一步骤二得到的接枝硅胶的扫描电镜图；

图3是试验一制备的硅胶表面双酚A分子印迹聚合物的扫描电镜图；

图4是傅里叶红谱图，图中A表示试验一步骤一得到的活化硅胶的傅里叶红谱图，图 中B表示试验一步骤二得到的接枝硅胶的傅里叶红谱图，图中C表示试验一制备的硅胶表 面双酚A分子印迹聚合物的傅里叶红谱图；

图5是吸附动力学曲线图，图中■表示试验一制备的硅胶表面双酚A分子印迹聚合物 的吸附动力学曲线图，图中●表示现有非分子印迹聚合物的吸附动力学曲线图；

图6是去除率柱形图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式是一种以双胺A为模板通过半共价法制备硅胶表面双酚A 分子印迹聚合物的方法，具体是按以下步骤完成的：

一、硅胶活化：首先将硅胶超声分散于质量分数为5%～10%的盐酸溶液中，然后在温 度为20～25℃条件下搅拌回流反应12h～24h，得到的固体反应产物利用蒸馏水洗至滤液呈中 性为止，洗涤后的固体放入马弗炉中，在温度为380℃～420℃下焙烧18h～30h，得到活化硅 胶；步骤一中所述的硅胶的质量与质量分数为5%～10%的盐酸溶液的体积比为 1g:(4mL～10mL)；

二、硅胶接双键：将活化硅胶超声分散于甲苯中，然后在氮气保护下加入乙烯基三甲 氧基硅烷，室温搅拌18h～30h，分离得到的固体采用甲苯超声清洗4～6次，清洗后的固体 经抽滤得到接枝硅胶；步骤二中所述的活化硅胶的质量与甲苯的体积比为(1g～4g):20mL； 步骤二中所述的乙烯基三甲氧基硅烷与甲苯的体积比为(3～14):4；

三、聚合：首先将双胺A和甲基丙烯酸加入甲苯中，超声分散均匀后从室温加热至 50℃～100℃，并在温度为50℃～100℃下搅拌反应2h～5h，然后加入接枝硅胶，并在室温下 搅拌反应5min～30min，再加入二甲基丙烯酸乙二醇酯和偶氮二异丁腈，超声分散均匀后在 氮气保护和温度为55℃～80℃下机械搅拌反应18h～30h，得到聚合反应产物；步骤三中所述 的双胺A的质量与甲苯的体积比为(0.2g～0.4g):15mL；步骤三中所述的甲基丙烯酸与甲苯的 体积比为(150μL～350μL):15mL；步骤三中所述的接枝硅胶的质量与甲苯的体积比为 (1g～4g):15mL；步骤三中所述的二甲基丙烯酸乙二醇酯与甲苯的体积比为(5～9):15；步骤三 中所述的偶氮二异丁腈的质量与甲苯的体积比为(0.07g～0.1g):15mL；

四、水解洗脱：采用甲醇对聚合反应产物进行超声洗涤5～10次，超声洗涤得到的固体 以0.01mol/L～0.1mol/L的氢氧化钠甲醇溶液为溶剂进行索氏提取，索氏提取2d～5d，得到 的提取物先采用甲醇洗涤，再采用蒸馏水洗涤，最后再采用甲醇洗涤，洗涤后的产物经干 燥即得到硅胶表面双酚A分子印迹聚合物。

本实施方式步骤三中双胺A和甲基丙烯酸反应过程如下：

本实施方式制备的双酚A分子印迹聚合物使用表面分子印迹技术，较传统技术制备的 双酚A分子印迹聚合物彻底解决了包埋过深，位点利用率过低，颗粒物定形的问题，且产 率高，吸附速率高。

本实施方式制备的双酚A分子印迹聚合物采用半共价的方法，制备轮廓清晰，各分子 间结合牢固，呈多孔网状交联结构，该结构使得本分子印迹聚合物有着较高的分辨率和吸 附率。

本实施方式首次采用双胺A为模板通过半共价法在硅胶表面制备双酚A分子印迹聚合 物，该方法彻底解决了吸附过程中模板分子渗漏问题。

本实施方式使用的双胺A模版分子较已报道的模板分子双酚F分子形貌更接近双酚A， 而且双胺A中氨基的活性比双酚F中的羟基强，易与功能单体发生反应。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中所述的硅胶为 60～100目无定形硅胶、100～200目无定形硅胶、200～300目无定形硅胶、60～100目球形硅 胶、100～200目球形硅胶或200～300目球形硅胶。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一的不同点是：步骤一中所述 的硅胶的质量与质量分数为5%～10%的盐酸溶液的体积比为1g:(4.3mL～8.48mL)。其他与具 体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一的不同点是：步骤二中所述 的活化硅胶的质量与甲苯的体积比为(2g～3g):20mL。其他与具体实施方式一至三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一的不同点是：步骤二中所述 的乙烯基三甲氧基硅烷与甲苯的体积比为(4～6):3。其他与具体实施方式一至四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一的不同点是：步骤三中所述 的双胺A的质量与甲苯的体积比为(0.2g～0.3g):15mL。其他与具体实施方式一至五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一的不同点是：步骤三中所述 的甲基丙烯酸与甲苯的体积比为(170μL～300μL):15mL。其他与具体实施方式一至六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一的不同点是：步骤三中所述 的接枝硅胶的质量与甲苯的体积比为(2g～3g):15mL。其他与具体实施方式一至七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一的不同点是：步骤三中所述 的二甲基丙烯酸乙二醇酯与甲苯的体积比为(6～8):15。其他与具体实施方式一至八相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一的不同点是：步骤三中所述 的偶氮二异丁腈的质量与甲苯的体积比为(0.08g～0.09g):15mL。其他与具体实施方式一至九 相同。

采用下述试验验证本发明效果：

试验一：一种以双胺A为模板通过半共价法制备硅胶表面双酚A分子印迹聚合物的方 法，具体是按以下步骤完成的：

一、硅胶活化：首先将100～200目球形硅胶超声分散于质量分数为7%的盐酸溶液中， 然后在温度为23℃条件下搅拌回流反应18h，得到的固体反应产物利用蒸馏水洗至滤液呈 中性为止，洗涤后的固体放入马弗炉中，在温度为400℃下焙烧24h，得到活化硅胶；步骤 一中所述的100～200目球形硅胶的质量与质量分数为7%的盐酸溶液的体积比为1g:7mL；

二、硅胶接双键：将活化硅胶超声分散于甲苯中，然后在氮气保护下加入乙烯基三甲 氧基硅烷，室温搅拌24h，分离得到的固体采用甲苯超声清洗5次，清洗后的固体经抽滤 得到接枝硅胶；步骤二中所述的活化硅胶的质量与甲苯的体积比为2.5g:20mL；步骤二中所 述的乙烯基三甲氧基硅烷与甲苯的体积比为2:1；

三、聚合：首先将双胺A和甲基丙烯酸加入甲苯中，超声分散均匀后从室温加热至 90℃，并在温度为90℃下搅拌反应4h，然后加入接枝硅胶，并在室温下搅拌反应20min， 再加入二甲基丙烯酸乙二醇酯和偶氮二异丁腈，超声分散均匀后在氮气保护和温度为65℃ 下机械搅拌反应24h，得到聚合反应产物；步骤三中所述的双胺A的质量与甲苯的体积比 为0.3g:15mL；步骤三中所述的甲基丙烯酸与甲苯的体积比为250μL:15mL；步骤三中所述 的接枝硅胶的质量与甲苯的体积比为2.5g:15mL；步骤三中所述的二甲基丙烯酸乙二醇酯与 甲苯的体积比为7:15；步骤三中所述的偶氮二异丁腈的质量与甲苯的体积比为0.09g:15mL；

四、水解洗脱：采用甲醇对聚合反应产物进行超声洗涤8次，超声洗涤得到的固体以 0.06mol/L的氢氧化钠甲醇溶液为溶剂进行索氏提取，索氏提取4d，得到的提取物先采用甲 醇洗涤，再采用蒸馏水洗涤，最后再采用甲醇洗涤，洗涤后的产物经干燥即得到硅胶表面 双酚A分子印迹聚合物。

图1是试验一步骤一得到的活化硅胶的500倍扫描电镜图，通过图1可知本发明所使 用的硅胶为球形硅胶，表面有少量的杂质。

图2是试验一步骤二得到的接枝硅胶的500倍扫描电镜图，通过图2可知硅胶表面相 对光滑，这是由于硅烷偶联剂在硅胶表面反应生成膜层所致，同时反应过程中在强烈搅拌 下硅胶表面杂质有所减少，这证明硅烷偶联剂成功接枝在硅胶表面上。

图3是试验一制备的硅胶表面双酚A分子印迹聚合物的40000倍扫描电镜图，通过图 3可知，球形硅胶表面有印记聚合物微球所组成的网络和空穴结构而使其表面粗糙不平， 这说明印迹聚合物成功接枝到了硅胶上面。

图4是傅里叶红谱图，图中A表示试验一步骤一得到的活化硅胶的傅里叶红谱图，图 中B表示试验一步骤二得到的接枝硅胶的傅里叶红谱图，图中C表示试验一制备的硅胶表 面双酚A分子印迹聚合物的傅里叶红谱图；通过图4可知A与B相比较，920cm^-1处的Si-OH 吸收峰强度明显减弱，这是由于硅烷偶联剂VTMO与硅胶表面的羟基发生反应从而导致硅 胶表面的羟基数量减少，2792cm^-1附近出现了C-H的振动吸收峰，这能证明硅烷偶联剂 VTMO成功接枝到硅胶上。对比C中，1500cm^-1处明显出现了酯基峰，2792cm^-1附近的 C-H振动吸收峰明显增强，这是因为印记聚合物中有乙二醇二甲基丙烯酸酯单元，同时 3357cm^-1处为MAA中-OH基团的伸缩振动峰，而红外谱图中并无双胺A的吸收振动峰， 故可推断模板分子双胺A已洗脱。通过以上对比、分析，说明硅胶表面成功地合成了双酚 A分子印迹聚合物。

吸附能力检测

试验二：称取20mg试验一制备的硅胶表面双酚A分子印迹聚合物与20mg现有非分 子印迹聚合物，分别加入两份盛有10mL的0.1mmol/L双酚A溶液的塑料离心管中，分别 振荡不同时间，离心，紫外检测上清液，测定三次取平均值，可按公式Q=(Co-Ct)×V/M 计算吸附量：其中Q为震荡不同时间的单位吸附量(mg/g)；Co为模板分子的初始浓度 (mg/L)；Ct为t时刻时模板分子的浓度(mg/L)；V为待吸附溶液的体积(L)；M为印迹聚合 物的质量（g）。

图5是吸附动力学曲线图，图中■表示试验一制备的硅胶表面双酚A分子印迹聚合物 的吸附动力学曲线图，图中●表示现有非分子印迹聚合物的吸附动力学曲线图；通过图5 可以看出，随着时间的增加，试验一制备的硅胶表面双酚A分子印迹聚合物和现有非分子 印迹聚合物对双酚A的吸附量逐渐增大在18分钟左右达到吸附平衡。达到平衡时，试验 一制备的硅胶表面双酚A分子印迹聚合物对双酚A的吸附量为7.8mg/g，而现有非分子印 迹聚合物对双酚A的吸附量仅有2.1mg/g。以上说明试验一制备的硅胶表面双酚A分子印 迹聚合物对双酚A具有特异吸附选择性，并且吸附能力远高于现有非分子印迹聚合物的吸 附能力。从图5中可看出，试验一制备的硅胶表面双酚A分子印迹聚合物的吸附平衡时间 在18分钟左右，吸附平衡时间与分子印迹表面网状交联形貌有直接关系，好的表面形貌有 利于加快识别位点与模板分子之间的传质速率，即表面形貌越好，吸附平衡所需时间越短。 从图5中，我们也可以看出，18分钟后吸附动力曲线平直，不存在双酚A渗漏的问题。

试验三：称取80mg试验一制备的硅胶表面双酚A分子印迹聚合物与80mg现有非分 子印迹聚合物，分别加入两份盛有10mL的0.1mmol/L双酚A乙腈溶液中，将混合物在室 温下连续振荡2小时，离心取上清液，用紫外分光光度计测定吸附平衡时双酚A溶液的吸 光度，计算出上清液的双酚A的浓度，再根据吸附前后浓度变化情况计算出分子印迹聚合 物对双酚A的去除率E(%)，将样品洗脱至无双酚A检出为止，室温真空干燥后再进行吸 附实验，按照以上步骤重复5次，根据公式E=(Co-Ce)/Co×100%计算每一次分子印迹聚合 物对双酚A的去除率，其中E为吸附效率（%）；Co为吸附前底物的初始浓度（mmol/L）； Cp为吸附平衡时底物的浓度（mmol/L）。

图6是去除率柱形图，从图6中可以看出，试验一制备的硅胶表面双酚A分子印迹 聚合物对竞争分子苯酚和壬基酚的去除率分别为28.91%和26.13%，而双酚A去除率则高 达80.34%，这说明该发明制备的硅胶表面双酚A分子印迹聚合物具有明显的选择性识别 能力，特异吸附能力强。而现有非分子印迹聚合物对三种物质的去除率很低并且相近，分 别为25.97%，24.36%，22.91%，这说明现有非分子印迹聚合物对双酚A没有选择性识别 能力。