一种蘑菇孢子表面氯霉素分子印迹聚合物的制备方法

摘要

本发明提供了一种蘑菇孢子表面氯霉素分子印迹聚合物的制备方法，按照下述步骤进行：步骤1、将氯霉素、MAA溶于乙腈中，室温下磁力搅拌，得到混合液A；步骤2、向混合液A中加入蘑菇孢子、EGDMA和AIBN，得到混合液B；步骤3、向混合液B中通入氮气，60～80℃磁力搅拌反应；反应完成后，将固体聚合物离心，并用无水乙醇清洗，烘干，得到蘑菇孢子表面氯霉素分子印迹聚合物。该蘑菇孢子表面氯霉素分子印迹聚合物对氯霉素的吸附容量大，应用于环境污水处理，并且吸附速率快，性能稳定，较长的使用寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及一种蘑菇孢子表面氯霉素分子印迹聚合物的制备方法，属于环境功能材料制备技术领域。

背景技术

氯霉素(chloramphenicol,CAP)是一种杀菌力极强的广谱抗生素，由于它具有优良的抗菌性并且药效稳定，在曾经的一段时间内被作为食品添加剂或污水净化剂而广泛使用，在很多医院里也被当做治疗细菌性疾病的特效药。但是长期以来通过很多临床现象发现氯霉素对人体具有一定的危害，对人体的骨胳和血液有毒负作用，甚至会引发贫血等症状。在发达国家对应用于食品中的氯霉素的含量进行了极为严格的限制，尤其是在美国和欧盟食品中氯霉素的含量在法律上被规定为“零含量”。在我国的法规中也明确规定了氯霉素在饲料和药品中的含量，但是由于氯霉素价格低廉且抗菌性稳定，在我国仍然时而出现氯霉素超标的现象。在对外贸易中，经常因为氯霉素超标等原因使得我国的贸易商品经常被退回甚至被禁运，这严重的影响了我国的对外贸易经济，形成贸易壁垒。

在最近几年里针对食品中氯霉素的分析有固相萃取、基质固相分散等检测方法，这些方法都具有节省时间、劳动强度低、溶剂使用量少、减少样品的用量大大提高了提取和净化的效率等优点，因此研究出新型高效、无毒害，并且能很快投入生产的固相萃取吸附剂是非常必要的。而分子印迹聚合物作为具有选择性分离性能的固相萃取吸附剂，越来越受到研究者的青睐。

蘑菇是大型真菌(蕈菌)，可分为食用、药用、毒菌等几类。早在《神农本草经》中便对蘑菇的功效有所记载，具有益气开胃、抗癌、降血糖、提高机体免疫力和促进血液循环等功效。孢子是蘑菇遗传和繁殖的重要菌种，主要功能是储存能量物质和遗传物质。

本发明是结合表面印迹技术在蘑菇孢子(mushrooms spore,MS)表面上制备氯霉素分子印迹聚合物，对氯霉素具有良好的吸附效果，是一种具有前景的吸附剂。

发明内容

本发明是以氯霉素分子作为模板分子，在蘑菇孢子表面通过与模板分子的交联聚合，最后将模板分子洗脱得到蘑菇孢子便面氯霉素分子印迹聚合物，用来快速移除水环境中的氯霉素。

本实验以CAP为模板分子，MAA为功能单体，蘑菇孢子为表面基质，在交联剂EGDMA的作用下制备了MS-MIPs。研究了其吸附机理，选择性吸附性能及其重复利用性，为解决氯霉素的污染问题提供了一种快速高效的方法。

本发明采用的技术方案是：

一种蘑菇孢子表面氯霉素分子印迹聚合物的制备方法，按照下述步骤进行：

步骤1、将氯霉素、MAA溶于乙腈中，室温下磁力搅拌，得到混合液A；

步骤2、向混合液A中加入蘑菇孢子、EGDMA和AIBN，得到混合液B；

步骤3、向混合液B中通入氮气，60～80℃磁力搅拌反应；反应完成后，将固体聚合物离心，并用无水乙醇清洗，烘干，得到蘑菇孢子表面氯霉素分子印迹聚合物。

步骤1中，制备混合液A时，所使用的氯霉素、MAA与乙腈的用量比为0.05～5.0g：MAA：15.6～1600mL。

步骤2中，制备混合液B时，所加入的蘑菇孢子、EGDMA和AIBN与混合液A中的乙腈的用量比为0.078～7.82g：0.3～32：0.015～1.6g：15.6～1600mL。

步骤3中，所述磁力搅拌反应的时间为12～24h，所述的烘干温度为50～70℃。

蘑菇孢子表面非印迹聚合物的制备方法同上，只是不加氯霉素分子。

模板分子的洗脱：将烘干后的聚合物包好放入索氏提取器中，用体积比9:1的无水甲醇/冰乙酸混合溶液洗去氯霉素分子，直到提取液中检测不到氯霉素分子为止，50℃烘干备用。

本发明的有益效果：

(1)该分子印迹聚合物使用蘑菇孢子作为表面基质，材料来源较为广泛。

(2)所述蘑菇孢子表面氯霉素分子印迹聚合物可以专一地识别氯霉素分子，有效解决氯霉素污染问题。

(3)该蘑菇孢子表面氯霉素分子印迹聚合物对氯霉素的吸附容量大，应用于环境污水处理，并且吸附速率快，性能稳定，较长的使用寿命。

(4)本发明的操作方法简单易行、流程较短、操作易控，适于推广使用。

附图说明

图1为实施例2中的物质的SEM图，其中a为孢子的SEM图，b为蘑菇孢子表面氯霉素分子印迹聚合物的SEM图，c、d均为b的局部放大图；

图2为实施例2的物质的N₂吸附-解吸附等温线，其中a、b、c分别表示MS、MS-MIPs和MS-NIPs吸附脱附等温曲线；

图3为实施例2的物质对水环境中氯霉素的吸附等温线图，其中a是MS-MIPs在三种不同温度条件下的热力学吸附曲线，b、c、d分别是MS-MIPs和MS-NIPs在15℃、25℃和35℃的热力学吸附拟合曲线；

图4为实施例2的物质对水环境中氯霉素的吸附动力学图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

实施例1：

蘑菇孢子表面氯霉素分子印迹聚合物(MS-MIPs)的制备：

氯霉素0.05g，MAA 0.062mL，溶于15.6mL乙腈中，室温下磁力搅拌4.0h；然后加入0.078g的蘑菇孢子，0.3mL EGDMA，0.015g AIBN，通入氮气，60℃磁力搅拌12h；反应完成后，将固体聚合物离心，并用无水乙醇清洗干净，50℃烘干。

蘑菇孢子表面非印迹聚合物(MS-NIPs)的制备：

蘑菇孢子表面非印迹聚合物的制备方法同上，只是不加氯霉素分子。

模板分子的洗脱：将烘干后的聚合物包好放入索氏提取器中，用体积比9:1的无水甲醇/冰乙酸混合溶液洗去氯霉素分子，直到提取液中检测不到氯霉素分子为止，50℃烘干备用。

利用静态吸附实验完成；将10mL不同浓度的氯霉素溶液加入到离心管中，分别向其中加入2.0mg蘑菇孢子表面氯霉素分子印迹聚合物，恒温水浴中静置，考察了吸附剂用量、接触时间、温度对氯霉素吸附的影响；吸附达到饱和后，收集上层清液，用紫外可见光光度计在278nm处测得试液中未被吸附的氯霉素分子浓度，计算得到吸附容量(Q_e)。

其中C₀(mg>-1)和C_e(mg>-1)分别是初始和平衡浓度，m(mg)为吸附剂用量，V(mL)为溶液体积。

取10mL初始浓度分别为2.0～14mg>-1的氯霉素溶液加入到离心管中，分别加入2.0mg蘑菇孢子表面氯霉素分子印迹聚合物，把测试液放在25℃水浴中静置12h后，收集上层清液，未被吸附的氯霉素分子浓度用紫外可见分光光度计测定，并根据结果计算出吸附容量，最后MS-MIPs和MS-NIPs的平衡吸附量分别为10.16mg>-1，4.75mg>-1。

取10mL初始浓度为14mg>-1的氯霉素溶液加入到离心管中，分别加入2.0mg蘑菇孢子表面氯霉素分子印迹聚合物，把测试液放在25℃的水浴中分别静置5.0～750min。静置完成后，收集上层清液，未被吸附的氯霉素分子浓度用紫外可见分光光度计测定，并根据结果计算出吸附容量；结果表明：在初始浓度为14mg>-1，温度为25℃时，400min左右达到吸附平衡。

实施例2：

蘑菇孢子表面氯霉素分子印迹聚合物(MS-MIPs)的制备：

氯霉素0.064g，MAA 0.08mL，溶于20mL乙腈中，室温下磁力搅拌4.0h；然后加入0.1g的蘑菇孢子，0.4mL EGDMA，20mg AIBN，通入N₂，65℃磁力搅拌16h；反应完成后，将固体聚合物离心，并用无水乙醇清洗干净，55℃烘干。

蘑菇孢子表面非印迹聚合物(MS-NIPs)的制备：

蘑菇孢子表面非印迹聚合物的制备方法同上，只是不加氯霉素分子。

模板分子的洗脱：将烘干后的聚合物包好放入索氏提取器中，用体积比9:1的无水甲醇/冰乙酸混合溶液洗去氯霉素分子，直到提取液中检测不到氯霉素分子为止，50℃烘干备用。按实施例1步骤操作，最后MS-MIPs和MS-NIPs的平衡吸附量分别为12.81mg>-1，5.67mg>-1。在初始浓度为14mg>-1，温度为25℃时，360min左右达到吸附平衡。

图1是实施例2的SEM图。从图1a中可以清晰地看出孢子是直径为3.0～4.0μm、形状和大小均一的小球，表面具有刺状凸起结构。图1b、c、d为印迹聚合物的形貌，可以清晰地看出孢子表面形貌发生了变化，不仅孢子球体表面生成了聚合物层，而且在孢子的每个刺状凸起上形成了非常均匀的聚合物小球，这种结构不仅增加了印迹聚合物层的比表面积，而且有利于更加彻底地除掉模板分子，在一定程度上增大印迹聚合物对模板分子的吸附性能。可见，通过SEM图分析，可以进一步确定通过交联聚合反应已在孢子表面印迹上了一层聚合物。

图2是实施例2的N₂吸附-解吸附等温线。图2中a、b、c分别表示MS、MS-MIPs和MS-NIPs吸附脱附等温曲线，通过BET模型可以计算出这两种样品的比表面积，其中，MS-MIPs的比表面积最大，这是因为印迹后的孢子表面上形成了一层高度交联的聚合物，且在洗掉模板分子后在表面上留下孔穴。MS-NIPs的比表面积最小，这是因为在交联聚合过程中并没有引入模板分子，尽管在孢子表面上形成了聚合物，但是并没有留下孔穴，因此比表面积最小。

图3是实施例2对水环境中氯霉素的吸附等温线图，图3中a是MS-MIPs在三种不同温度条件下的热力学吸附曲线，可以看出温度越高，MIPs对CAP的吸附量越小，说明这个吸附过程是放热的，随着溶液中CAP浓度的增大，吸附量也逐渐增大。b、c、d分别是MS-MIPs和MS-NIPs在15℃、25℃和35℃的热力学吸附拟合曲线，可以看出MS-MIPs对CAP的吸附量大于MS-NIPs，并且接近一半以上。

图4是实施例2对水环境中氯霉素的吸附动力学图，从图中可以看出，MS-MIPs和MS-NIPs对CAP的吸附量随着时间的增加而增大，最后达到平衡，在0–2.0h范围内吸附量增加的很快，在6.0h之后均达到吸附平衡。MS-MIPs在达到平衡时的最大吸附量为12.81mg/g，而MS-NIPs在达到平衡时的最大吸附量为5.67mg/g，在任意时刻，MS-MIPs对CAP的吸附量明显高于MS-NIPs的吸附量。由于MS-MIPs与MS-NIPs相比达到吸附平衡时间较快，说明MS-MIPs对CAP的亲和能力更强，因此表现出更好的动力学吸附特性。

实施例3：

蘑菇孢子表面氯霉素分子印迹聚合物(MS-MIPs)的制备：

氯霉素2g，MAA 2.5mL，溶于625mL乙腈中，室温下磁力搅拌6.0h；然后加入3.2g的蘑菇孢子，12.5mL EGDMA，0.625g AIBN，通入N₂，70℃磁力搅拌20h；反应完成后，将固体聚合物离心，并用无水乙醇清洗干净，60℃烘干。

蘑菇孢子表面非印迹聚合物(MS-NIPs)的制备：

蘑菇孢子表面非印迹聚合物的制备方法同上，只是不加氯霉素分子。

模板分子的洗脱：将烘干后的聚合物包好放入索氏提取器中，用体积比9:1的无水甲醇/冰乙酸混合溶液洗去氯霉素分子，直到提取液中检测不到氯霉素分子为止，50℃烘干备用。按实施例1步骤操作，最后MS-MIPs和MS-NIPs的平衡吸附量分别为11.31mg>-1，5.05mg>-1。在初始浓度为14mg>

实施例4：

蘑菇孢子表面氯霉素分子印迹聚合物(MS-MIPs)的制备：

氯霉素5.0g，MAA6.25mL，溶于1600mL乙腈中，室温下磁力搅拌8.0h；然后加入7.82g的蘑菇孢子，32mL EGDMA，1.6g AIBN，通入氮气，80℃磁力搅拌24h；反应完成后，将固体聚合物离心，并用无水乙醇清洗干净，70℃烘干。

蘑菇孢子表面非印迹聚合物(MS-NIPs)的制备：

蘑菇孢子表面非印迹聚合物的制备方法同上，只是不加氯霉素分子。

模板分子的洗脱：将烘干后的聚合物包好放入索氏提取器中，用体积比9:1的无水甲醇/冰乙酸混合溶液洗去氯霉素分子，直到提取液中检测不到氯霉素分子为止，50℃烘干备用。按实施例1步骤操作，最后MS-MIPs和MS-NIPs的平衡吸附量分别为10.96mg>-1，5.3mgg^-1。

在初始浓度为14mg>-1，温度为25℃时，420min左右达到吸附平衡。