复配胶束体系中生物催化制备高导电率聚苯胺的方法

摘要

本发明公开了一种运用血红蛋白在DBSA(十二烷基苯磺酸)和CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)复配胶束体系中生物催化制备高导电率聚苯胺的方法。将DBSA和CTAB溶解于pH2.0的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液中并搅拌均匀，再加入苯胺单体继续搅拌；随后加入血红蛋白溶液；搅拌均匀后加入过氧化氢溶液，常温搅拌反应2～24小时，得到高导电率聚苯胺。以血红蛋白为催化剂在DBSA-CTAB复配胶束体系中制备导电聚苯胺，反应条件温和，操作步骤简单，价格低廉，电导率高,具有潜在的工业应用开发价值。

说明书

技术领域

本发明涉及化学和生物化学领域，具体为一种利用血红蛋白在DBSA(十二烷基苯磺酸)和CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)形成的复配胶束中血红蛋白催化制备高导电率聚苯胺的方法。

背景技术

在导电高分子聚合物中，聚苯胺是最有实用前途的功能高分子材料之一，受到广泛的重视。在电致变色器件，传感器，电磁屏蔽，抗静电保护及电池防腐涂层等方面有着广泛的潜在应用价值。目前，聚苯胺是研究时间最长的典型的导电聚合物，具有较好的热稳定性，可加工性及导电性。而且从经济学方面上看，聚苯胺较其它导电聚合物具有明显的优势：苯胺单体价格便宜，合成更加简单，这些优点使得聚苯胺成为最重要的导电高分子材料之一。因而，近年来，国内外的学者对聚苯胺的合成，表征和应用进行了诸多研究。

然而，聚苯胺在商业应用方面受到限制，这是由于合成的聚苯胺大多是化学合成法，都是分步进行，反应条件苛刻，分离和纯化过程冗长，且难溶于普通溶剂。但是，酶催化合成水溶性聚苯胺的方法因其反应条件温和，无污染的环保性能越来越受到人们的青睐，但是由于成本较高等原因限制了其在大规模生产中的应用。另外，虽然生物催化法更为环保，但制备得到的聚苯胺的导电率普遍不高，数量级一般为10-7～10-1S/cm。所用的生物催化剂中，研究最多的是辣根过氧化物酶，它们具有共同的结构特点---都属于含铁卟啉的血红素蛋白。然而天然过氧化物酶价格昂贵，并且容易失活，对催化反应条件要求苛刻，因此发展低成本，高效的生物催化剂代替HRP十分有必要。而血红蛋白是以铁卟啉为活性中心的血红素蛋白，具有氧化活性，活性较高，甚至超过天然酶，而且价格低廉,故越来越受到人们的重视和利用。

针对以上问题，我们开展了在复配胶束体系中使用血红蛋白催化合成导电聚苯胺的研究。阴阳离子表面活性剂的复配体系有利于提高其表面活性，正/负离子表面活性剂复配体系具有更好的抗硬水能力，更好的润湿、铺展作用等。因此开展血红蛋白催化条件下在复配胶束体系中制备导电聚苯胺的研究具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种运用血红蛋白在DBSA-CTAB胶束体系中生物催化制备高导电的聚苯胺的方法。

本发明的目的是这样实现的：

复配胶束体系中生物催化制备高导电聚苯胺的方法，包括以下步骤：

(1)将DBSA和CTAB溶解于pH2.0的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液中，得到含DBSA-CTAB复配胶束的反应体系，加入苯胺单体进行混合；

(2)加入血红蛋白的水溶液，搅拌均匀；

(3)加入氧化剂过氧化氢溶液，得到终反应体系；

(4)常温搅拌反应2～24小时，得到导电聚苯胺。

步骤(1)中CTAB与DBSA的摩尔比为1:0.5-7，优选1:0.5-3.25。

步骤(1)中苯胺与复配胶束(DBSA的摩尔量+CTAB的摩尔量)的摩尔比为1:0.33～3。

步骤(2)所述血红蛋白优选牛血红蛋白。

步骤(3)中苯胺、复配胶束、过氧化氢、血红蛋白的用量比为1mmol:(0.33～3)mmol:(1.6～9.6)mmol:(8～80)mg。

步骤(3)终反应体系中DBSA和CTAB复合的浓度为4.16～50.0mmol/L，优选为8.38～25.0mmoL/L。

步骤(3)终反应体系中苯胺浓度为3.75mmol/L～37.5mmol/L，优选为12.5～25.0mmol/L。

步骤(3)终反应体系中血红蛋白浓度为0.1～2g/L，优选为0.2～0.8g/L。

步骤(3)终反应体系中过氧化氢浓度为30～140mmol/L，优选为60～110mmol/L。

本发明的突出效果和优点在于，采用血红蛋白作为催化剂制备导电聚苯胺，催化剂价格低廉；得到的产物聚苯胺电导率高，导电聚苯胺的电导率最高可达47.61S/cm。采用本方法制备导电聚苯胺的过程，所需反应条件温和，用过氧化氢代替了化学法中的强氧化剂-过硫酸铵，有效防止了污染物的排放，有利于保护环境，因此具有潜在的工业应用开发价值。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例1

称取0.125mmol DBSA和0.061mmol CTAB溶于9.7mL的pH2.0的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液中；搅拌后加入苯胺单体0.125mmol；称取2mg的血红蛋白用229μl蒸馏水溶解后加入体系中；再将浓度为9.823mol/L的过氧化氢溶液71μL加入到反应体系中。搅拌反应24小时后加入等体积的甲醇进行破乳，终止反应。待产物沉淀后进行离心收集，干燥后得到导电聚苯胺粉末，测得其电导率为21.19S/cm。

实施例2

称取0.128mmol DBSA和0.043mmol CTAB溶于9.7mL的pH2.0的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液中，搅拌后加入苯胺单体0.125mmol；称取5mg的血红蛋白用204μl蒸馏水溶解后加入体系中；再将浓度为9.823mol/L的过氧化氢溶液96μL加入到反应体系中。搅拌反应24小时后加入等体积的甲醇进行破乳，终止反应。待产物沉淀后进行离心收集，干燥后得到导电聚苯胺粉末，测得其电导率为39.71S/cm。

实施例3

称取0.130mmol DBSA和0.040mmol CTAB溶于9.7mL的pH2.0的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液中，搅拌后加入苯胺单体0.125mmol；称取3mg的血红蛋白用217μl蒸馏水溶解后加入体系中；再将浓度为9.823mol/L的过氧化氢溶液83μL加入到反应体系中。搅拌反应24小时后加入等体积的甲醇进行破乳，终止反应。待产物沉淀后进行离心收集，干燥后得到导电聚苯胺粉末，测得其电导率为34.29S/cm。

实施例4

称取0.070mmol DBSA和0.0140mmol CTAB溶于9.7mL的pH2.0的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液中，搅拌后加入苯胺单体0.125mmol；称取8mg的血红蛋白用198μl蒸馏水溶解后加入体系中；再将浓度为9.823mol/L的过氧化氢溶液102μL加入到反应体系中。搅拌反应24小时后加入等体积的甲醇进行破乳，终止反应。待产物沉淀后进行离心收集，干燥后得到导电聚苯胺粉末，测得其电导率为47.61S/cm。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。