温敏印迹水凝胶对重金属离子的选择性吸附性能研究

In recent years, water pollution caused by heavy metals has become a serious environmental issue. Concerning this problem, Cd2+ and Hg2+ temperature-sensitive ion imprinted hydrogels are prepared, respectively. These smart hydrogels combining ion imprinting technique with temperature-sensitive hydrogels, provide both the specific identification properties to the template ion and stimuli-responsiveness to the environment temperature changes, that is green desorption and repeated use. In this project, the effects of polymer structures on temperature sensitivity and the performance of selectively adsorption are analyzed. Under different environmental temperature (above/below LCST), adsorption/desorption properties and regeneration effects of these hydrogels, which prepared in different polymerization temperature (60℃and 10℃) are studied. The influence of polymerization temperature on adsorption/desorption properties is analyzed in detail. Then, We obtain these temperature-sensitive ion imprinted hydrogels with selectively adsorptivity and green regeneration.

针对目前日益严重的水体重金属污染问题，本项目将温敏水凝胶与离子印迹技术相结合，分别制备Cd2+、Hg2+温敏印迹水凝胶，使其在保持对模板离子高选择性吸附的同时，能够随环境温度变化，智能吸附/脱附重金属离子，即绿色再生。探讨聚合物结构对其温敏特性和选择性吸附性能的影响。研究不同聚合温度(60℃和10℃)下获得的水凝胶，其在高温（环境温度高于LCST）和低温（环境温度低于LCST）时的吸附/脱附性能及再生效果，实现环境温度响应的绿色再生，阐明该水凝胶的聚合温度对吸附/脱附性能的影响规律，获得具有高选择性吸附和绿色再生性能的重金属离子温敏印迹水凝胶。

重金属和有机染料引起的环境污染问题日益突出，它们危及生态环境甚至人类的生命安全。这些污染的处理方法主要包括化学沉淀法、溶剂萃取法、膜过滤法和吸附法等。其中吸附法因具备成本低、效率高、操作简便，环境友好等优点而被广泛应用。本项目基于水环境中重金属离子和有机染料的去除主要合成以下三种吸附材料，主要研究内容如下：（1）以CdNO3为模板，MAA为功能单体，NIPAM为温敏单体，EGDMA为交联剂，AIBN 为引发剂，制备出的Cd2+温敏印迹水凝胶（TMIP-Cd）具有较高选择性。该水凝胶不但具有良好的识别性能，而且表现出较好的温敏特性，利用此特性，通过控制环境温度可以实现对Cd2+的智能吸附和释放。该温敏印迹水凝胶在保持常规分子印迹聚合物特异识别性和吸附容量的同时，有效提高了模板离子的吸附和洗脱效率。对Cd2+的饱和吸附量达49.50 mg· g-1,远高于非印迹聚合物TNIP-Cd的饱和吸附量16.37 mg· g-1。（2）合成磁性的聚天冬氨酸聚丙烯酸复合凝胶PAsp-PAA/Fe3O4，对材料进行红外光谱、扫描电镜、热重分析及磁化强度的测量；考察凝胶材料在不同条件下的溶胀性能；研究PAsp-PAA/Fe3O4凝胶对有机染料MB和NR的吸附性能，结果显示最大吸附量分别可达357.14和370.37 mg·g−1，另外该凝胶材料具备吸附速率快，在外加磁场作用下能实现快速分离的优点，因此材料可以重复使用，有望成为一种新型的有机染料吸附剂。（3）合成L-酪氨酸修饰的磁性纳米材料TMNPs，对材料进行X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、红外光谱分析及磁化强度的测量；考察溶液pH、震荡时间、溶液浓度等条件对有机染料MB和NR的吸附性能的影响规律，实验结果显示，在最优化的实验条件下，TMNPs对MB和NR的最大吸附量分别可达333.33和294.12 mg·g−1，另外该磁性材料具备吸附速率快，在外加磁场作用下能实现快速分离的优点，因此材料可以重复使用，有望成为一种新型的有机染料吸附剂。