聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒的制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒的制备方法及应用，其主要是用丙烯酰胺分子作为聚合单体，通过可逆加成‑断裂链转移聚合法制备出了链状且含有双硫键的水溶性聚丙烯酰胺，后用聚丙烯酰胺这种保护剂，以及绿色简便的“一步法”合成了具有特殊功能的金纳米颗粒(PAM‑AuNPs)；合成方法简单、条件温和、反应时间短、收率高，而且环境污染小，所制备的聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒粒径小，分布均匀，均在10nm左右，而且被修饰的金纳米颗粒的稳定性好，其N原子能够与Mn原子结合，使得金纳米颗粒表面电荷发生改变，从而形成团聚现象，因此能够对二价锰离子有特异性响应和良好的选择性。

【技术实现步骤摘要】
聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒的制备方法及应用
本专利技术属于纳米材料的研究
，特别涉及聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒的制备方法及其在Mn2+检测方面的应用。
技术介绍
随着采矿冶炼、能源化工、日化工业等的快速发展，金属离子对水资源的污染日益显著，人类生命健康受到了严重威胁，因此研发高效便捷的金属离子检测方法十分迫切。近年来，纳米材料的发展引起了研究者们的高度重视，其中金纳米粒子由于检测灵敏度高、生物相容性好、尺寸可控、合成简单、可表面改性、毒副作用小等优点受到了特别关注。目前，常见的金纳米粒子的制备方法有柠檬酸钠氧化还原法、巯基配体法、晶种生长法、光化学合成法、电化学合成法等等，但是上述几种方法均存在一定的技术缺陷，如：柠檬酸钠氧化还原法是将HAuCl4配制成一定浓度的水溶液，再将其进行加热直至沸腾，用磁力搅拌器不断剧烈搅拌，后迅速加入一定量的柠檬酸钠水溶液，使体系保持沸腾状态，使之充分反应。反应完成后关闭热源，将反应体系继续搅拌使之降温至室温，收集产品。该体系反应处于高温下，其反应速度比较快，因此用柠檬酸钠还原法很难得到所需要的尺寸低于10nm的金纳米粒子。再者，由于柠檬酸钠与金原子之间的作用力不是特别强，所以合成的纳米金物化稳定性不是很好，其分散性较差，也不宜进行长时间保存，这对于实验室工作及产品工业化都非常不利。此外，光化学合成法在整个合成步骤中，当溶液中AgNO3不存在时，就无法将三价的Au还原成为Au核，此外由于这种光化学合成法是用光照来引发反应的，对光源强度与光照时长的控制有一定的要求，而且纳米金的产量相对较低。巯基配体法在制备过程中需要用到强还原剂硼氢化钠和稳定剂烷基巯醇以及毒性较大的溶剂甲苯，制备危险系数较大，而且所制得的金纳米粒子水溶性较差。为了使金纳米粒子的应用更为广阔，对金纳米材料的研究更为深入，对金纳米粒子表面进行修饰的研究越来越多。由于巯基和Au之间有特殊键合作用，使得巯基聚合物一直以来都是研究者们最关注且研究最多的纳米金表面修饰剂。在整个的修饰过程中，基于巯基与金原子之间的共价键Au-S，使得所修饰完成后的纳米金具有很稳定的物化特性。但是，在修饰过程中由于容易受外部环境的影响，使修饰的纳米金粒子的性能受到影响，如水溶性、纳米粒子的粒径以及稳定性等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备过程简单、条件温和，反应时间短、收率高且所得金纳米颗粒的光电性能好、粒径小，稳定性好且对Mn2+有特异响应的聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒的制备方法。同时本专利技术还提供了该聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒在Mn2+检测方面的应用。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒的制备方法，其包括以下步骤：将浓度为5-10.0mmol/L氯金酸溶液放置在恒温磁力搅拌器上剧烈搅拌，将浓度为5-15.0mg/mL的聚丙烯酰胺溶液缓慢加入到氯金酸溶液中，滴加氢氧化钠溶液调节反应体系pH为3.0-8.0，在30～80℃的恒温条件下反应3-5h，使整个反应体系处于剧烈搅拌状态，合成聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒。进一步说明，所述氯金酸溶液与聚丙烯酰胺溶液的体积比为1:1。进一步说明，所述聚丙烯酰胺由以下方法制备：将10.0mmol/L的丙烯酰胺、100μmol/L的s,s'-二(α,α'-二甲基-α”-醋酸)三硫代碳酸酯以及50.0μmol/L的偶氮二异丁腈混合，再缓慢倒入1,4-二氧六环，向反应体系通入氮气排空，在氮气氛围下反应，用丙酮洗涤，沉淀，过滤，得到聚丙烯酰胺。进一步说明，所述聚丙烯酰胺的分子量为约为1510.0g/mol，聚合物分布系数约为1.7。上述的聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒的制备方法所制得的聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒。上述聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒的粒径为8-12nm。上述的聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒作为探针在Mn2+检测方面的应用。一种Mn2+的检测方法，其是由以下步骤组成：(1)以聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒为检测探针，加入系列Mn2+标准溶液中，反应2-5min，分别用紫外吸收光谱法确定波长为534nm时聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒在不同浓度的Mn2+标准溶液对应的紫外吸收强度，拟合出聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒的紫外吸收强度与Mn2+浓度的线性方程，y＝0.505+7.74x；y代表聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒的紫外吸收强度；x代表Mn2+浓度；(2)将聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒加入待检测Mn2+溶液中，反应2-5min，用紫外吸收光谱法确定波长为534nm时聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒在待检Mn2+溶液中的紫外吸收强度，带入步骤(1)的线性方程中，得到待检Mn2+溶液的浓度。上述待检Mn2+溶液中Mn2+浓度的检测范围为8.0-500μmol/L。本专利技术的聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒的制备方法是用丙烯酰胺(AM)分子作为聚合单体，通过可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合法制备出了链状且含有双硫键的水溶性聚丙烯酰胺(PAM)。后用聚丙烯酰胺这种保护剂，以及绿色简便的“一步法”合成了具有特殊功能的金纳米颗粒(PAM-AuNPs)；与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术采用了绿色简便的“一步法”合成了具有特殊功能的金纳米颗粒(PAM-AuNPs)，其合成方法简单、条件温和、反应时间短、收率高，而且环境污染小。(2)本专利技术所制备的聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒粒径小，分布均匀，均在10nm左右，而且被修饰的金纳米颗粒的稳定性好，其N原子能够与Mn原子结合，使得金纳米颗粒表面电荷发生改变，从而形成团聚现象，因此能够对二价锰离子有特异性响应和良好的选择性。(3)本专利技术所制备的聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒粒检测Mn2+的方法过程简单，检测浓度范围较宽，分布在8.0-500μmol/L，而且在紫外吸收强度呈现一个良好的线性关系，保证检测结果准确可靠。附图说明图1为PAM与PAM-AuNPs的FT-IR光谱图。图2为PAM-AuNPs的高分辨率透射电镜图。图3为加入不同金属离子后PAM-AuNPs的检测。图4为图3对应的加入不同金属离子后PAM-AuNPs的紫外吸收图谱粒径图。图5为加入Mn2+前后PAM-AuNPs的紫外吸收图谱。图6为PAM-AuNPs与Mn2+的动力学反应。图7为PAM-AuNPs的稳定性检测图。图8为盐离子浓度与放置时间的响应曲线。图9为PAM-AuNPs紫外吸收强度与Mn2+浓度的线性关系。具体实施方式现结合附图和实验对本专利技术的技术方案进行进一步说明，但是本专利技术不仅限于下述的实施方式。本专利技术的一步法制备聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒的方法包括以下步骤：将浓度为5-10.0mmol/L氯金酸溶液放置在恒温磁力搅拌器上剧烈搅拌，将浓度为5-15.0mg/mL的聚丙烯酰胺溶液缓慢加入到氯金酸溶液中，滴加浓度为1mol/L氢氧化钠溶液调节反应体系pH为3.0-8.0，在30-80℃的恒温条件下反应3-5h，使整个反应体系处于剧烈搅拌状态，合成聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒。按照上述过程制备聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒，具体各实施例对应的工艺条件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒的制备方法，其特征在于包括以下步骤：将浓度为5‑10.0mmol/L氯金酸溶液放置在恒温磁力搅拌器上剧烈搅拌，将浓度为5‑15.0mg/mL的聚丙烯酰胺溶液缓慢加入到氯金酸溶液中，滴加氢氧化钠溶液调节反应体系pH为3.0‑8.0，在30‑80℃的恒温条件下反应3‑5h，使整个反应体系处于剧烈搅拌状态，合成聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒的制备方法，其特征在于包括以下步骤：将浓度为5-10.0mmol/L氯金酸溶液放置在恒温磁力搅拌器上剧烈搅拌，将浓度为5-15.0mg/mL的聚丙烯酰胺溶液缓慢加入到氯金酸溶液中，滴加氢氧化钠溶液调节反应体系pH为3.0-8.0，在30-80℃的恒温条件下反应3-5h，使整个反应体系处于剧烈搅拌状态，合成聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述氯金酸溶液与聚丙烯酰胺溶液的体积比为1:1。3.根据权利要求1所述的聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯酰胺由以下方法制备：将10.0mmol/L的丙烯酰胺、100μmol/L的s,s'-二(α,α'-二甲基-α”-醋酸)三硫代碳酸酯以及50.0μmol/L的偶氮二异丁腈混合，再缓慢倒入1,4-二氧六环，向反应体系通入氮气排空，在氮气氛围下反应，用丙酮洗涤，沉淀，过滤，得到聚丙烯酰胺。4.根据权利要求1所述的聚合物聚丙烯酰胺修饰的金纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯酰胺的分子量为约为1510.0g/mol，聚合物分布系数约为1.7。5.权利要求1～4任一项所述的聚合...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡会武，陈守丽，荀露露，杜月，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61