使用共轭聚合物和氮化硼复合材料吸附二氧化碳及监测其缓慢释放的方法技术

本发明专利技术提供了一种使用共轭聚合物和氮化硼复合材料吸附二氧化碳吸附及监测其缓慢释放的方法。所述共轭聚合物的结构式如式(I)所示。该方法根据二氧化碳对该刺激响应共轭聚合物的荧光共振能量转移(FRET)技术以及氮化硼对二氧化碳的吸附，赋予复合材料双重功能，来检测复合材料对CO2的吸附和缓慢释放过程。同时，这一过程又会促使刺激响应聚合物和氮化硼通过疏水作用及静电相互作用进一步组装，形成超分子聚合物体系，进而通过二氧化碳调控共轭聚合物和氮化硼的聚集状态或者构象。

Adsorption of carbon dioxide by conjugated polymers and boron nitride composites and monitoring of their slow release

The invention provides a method for adsorbing carbon dioxide and monitoring its slow release by using conjugated polymer and boron nitride composite material. The structural formula of the conjugated polymer is shown in Formula (I). According to the fluorescence resonance energy transfer (FRET) technology of carbon dioxide to the stimulus-responsive conjugated polymer and the adsorption of carbon dioxide by boron nitride, the method endows the composite with dual functions to detect the adsorption and slow release process of carbon dioxide. At the same time, this process will promote the further assembly of stimulus-responsive polymers and boron nitride through hydrophobic and electrostatic interactions to form supramolecular polymer systems, and then regulate the aggregation state or conformation of conjugated polymers and boron nitride through carbon dioxide.

【技术实现步骤摘要】
使用共轭聚合物和氮化硼复合材料吸附二氧化碳及监测其缓慢释放的方法
本专利技术属于环境/食品/医学/生物检验测定技术以及化学传感/分析领域，具体涉及使用共轭聚合物和氮化硼复合材料吸附二氧化碳吸附及监测其缓慢释放的方法。
技术介绍
二氧化碳(CO2)作为一种常见的气体，对于各项生命活动具有非常重要的意义。大气中的CO2是地球上生命体作为碳循环中可利用的主要碳源，其在大气中的含量主要受植物，藻类等生物体光合作用和火山等自然地质现象的调节。CO2是地球大气中最重要的温室气体，近代随着人类社会的高速发展，CO2的排放逐渐增多-主要来自化石燃料的燃烧及汽车尾气的排放-大气中CO2的浓度迅速增加，导致全球气温升高，引发“温室效应”。并且，因其可溶于水导致海洋酸化，也会对生态系统造成不可恢复性破坏。同时，在较高浓度时，二氧化碳会有酸性气味，并对人体健康造成巨大影响，例如，刺激呼吸道甚至窒息死亡。因此，对于CO2释放过程的检测显得十分重要，CO2的检测吸附及缓慢释放研究越来越受到研究者的重视。目前，较广泛使用的CO2的检测分析方法通常需要大型实验仪器，仪器成本以及人工成本相对昂贵，无法实现对周围环境实时、低成本的检测。共轭聚合物具有的荧光信号放大功能和强捕获光的能力，赋予检测体系较高灵敏度，广泛应用于病原微生物、金属离子、小分子化合物以及疾病相关生物标志物的高灵敏诊断和检测领域。近年来，随着对新型刺激响应共轭聚合物的研究不断深入，科研人员发展出一系列多功能的共轭聚合物。但是，共轭聚合物在加工性上仍然存在一些缺点，比如在结构修饰方面，二氧化碳响应基团的引入会提高聚合物的制备成本。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种共轭聚合物和氮化硼复合材料。本专利技术所提供的共轭聚合物和氮化硼复合材料，由式I所示共轭聚合物和氮化硼组成。上述式I中，n代表聚合度，n＝4～25，具体可为7～22；x+y+z＝1，x＝0.80～0.97，y＝0.01～0.2，z＝0～0.1，m＝1～12，具体可为3，q＝2～12，具体可为2；X为C元素，N元素，Si元素，具体可为C元素；Y为C元素，N元素，具体可为C元素；Z为C元素，N元素，具体可为C元素；R1可选自下述基团中的任意一种：具体为：具体地，上述式I所示共轭聚合物为式II所示聚合物：上述式II中，x+y＝1，x：y＝19:1(x＝0.95，y＝0.05，z＝0)，n＝4～25。上述共轭聚合物和氮化硼复合材料中，式I所示共轭聚合物与氮化硼的质量比可为1:1-1:10，具体可为1:1。上述共轭聚合物和氮化硼复合材料在吸附二氧化碳及监测二氧化碳缓慢释放中的应用也属于本专利技术的保护范围。本专利技术的另一目的是提供一种使用上述共轭聚合物和氮化硼复合材料吸附二氧化碳及监测二氧化碳缓慢释放的方法。本专利技术所提供的吸附二氧化碳及监测二氧化碳缓慢释放的方法，包含检测一系列CO2浓度与聚合物和氮化硼复合物的荧光变化关系，具体操作如下：(1)将式I所示共轭聚合物溶于水，得到共轭聚合物的水溶液；(2)将氮化硼分散到水中，得到氮化硼分散液；(3)配制一系列已知浓度的CO2水溶液；(4)将所述一系列已知浓度的CO2水溶液分别逐一与步骤(1)中的共轭聚合物的水溶液以及步骤(2)中的氮化硼分散液以相同的体积比进行混合，得到一系列CO2浓度不同的含有共轭聚合物和氮化硼复合物的混合溶液；(5)在激发光作用下，对步骤(4)中得到的一系列混合溶液进行荧光测量，分别记录所述一系列混合溶液中共轭聚合物的荧光发射光谱，并计算其FRET比值；其中，所述FRET比值指含不同CO2浓度的溶液中的共轭聚合物的荧光共振能量转移的两个特定受体与供体峰值的荧光强度比值；(6)根据步骤(5)中得到的所述一系列混合溶液中共轭聚合物的FRET比值以及其对应的混合溶液中的CO2的浓度，做出FRET比值随CO2浓度变化的曲线。(7)将得到的曲线与未含氮化硼的曲线做差值，其差值与该CO2浓度下未含氮化硼FRET比值的比值即为复合材料吸附CO2的百分比。上述方法步骤(1)中，所述共轭聚合物的水溶液中的共轭聚合物的浓度可为0.1～20mg/mL；具体可为0.5mg/mL。步骤(2)中，所述氮化硼分散液中的氮化硼的浓度可为0.1～20mg/mL；具体可为1.0mg/mL。步骤(3)中，一系列已知浓度的CO2水溶液可通过下述方法进行配制：先配制饱和CO2水溶液，然后将所述饱和CO2水溶液与超纯水按不同比例混合，得到一系列间隔均匀的0～饱和浓度的CO2水溶液，即一系列已知浓度的CO2水溶液，其中，所述浓度间隔可为0.10～20mM。具体地，所述一系列已知浓度具体可依次为0mM、0.15mM、0.30mM、0.45mM、0.60mM、0.75mM、0.90mM、1.50mM、3.00mM。步骤(4)中，所述体积比具体可为：共轭聚合物的水溶液的体积：氮化硼分散液的体积：CO2水溶液的体积＝10.0μL：5.0μL：485μL。所述一系列CO2浓度不同的含有共轭聚合物和氮化硼复合物的混合溶液中，共轭聚合物与氮化硼的质量比均可为1:1-1:10，具体可为1:1。步骤(5)中，所述激发光的波长可为375-450nm，具体可为380nm。步骤(5)中，所述FRET比值为所述混合溶液中的共轭聚合物在531nm波长处的荧光强度I2与所述混合溶液中的共轭聚合物在418nm波长处的荧光强度I1的比值，即：I2/I1步骤(6)中，将得到的曲线与单独的聚合物(即体系中不含氮化硼)存在CO2的情况下孵育后测得的曲线对比，FRET比值有所降低，说明复合材料有吸附二氧化碳的能力。本专利技术所提供的吸附二氧化碳及监测二氧化碳缓慢释放的方法，还包含检测固定浓度CO2作用下聚合物和氮化硼复合物随孵育时间变化的荧光变化关系，具体操作如下：1)将式I所示共轭聚合物溶于水，得到共轭聚合物的水溶液；2)将氮化硼分散到水中，得到氮化硼分散液；3)配制任意已知浓度的二氧化碳水溶液；4)将所述任意已知浓度的二氧化碳水溶液与步骤1)中的共轭聚合物的水溶液以及步骤2)中的氮化硼分散液以固定体积比进行混合，得到固定CO2浓度的含有共轭聚合物和氮化硼复合物的混合溶液的含有共轭聚合物和氮化硼复合物的混合溶液；5)在激发光作用下，对步骤(4)中得到的混合溶液进行荧光测量，记录不同孵育时间的所述混合溶液中共轭聚合物的荧光发射光谱，并计算其FRET比值；6)根据步骤5)中得到的所述混合溶液中共轭聚合物的FRET比值以及其对应的孵育时间，做出FRET比值随孵育时间变化的曲线。7)将上述曲线任意孵育时间对应的FRET值与孵育时间为0min的FRET值做差值，其差值与孵育时间为0min的FRET值的比值即为复合材料释放CO2的百分比。上述方法步骤1)中，所述共轭聚合物的水溶液中共轭聚合物的浓度可为0.1～20mg/mL；具体可为0.5mg/mL。步骤2)中，所述氮化硼分散液中氮化硼的浓度可为0.1～20mg/mL；具体可为1.0mg/mL。步骤3)中，所述任意已知浓度的二氧化碳水溶液具体可为CO2浓度为0.75mM的二氧化碳水溶液。所述体积比具体可为：共轭聚合物的水溶液的体积：氮化硼分散液的体积：CO2水溶液的体积＝10.0μL：5.0μL：485μ本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种共轭聚合物和氮化硼复合材料，由式I所示共轭聚合物和氮化硼组成，

【技术特征摘要】
1.一种共轭聚合物和氮化硼复合材料，由式I所示共轭聚合物和氮化硼组成，式I中，n代表聚合度，n＝4～25；x+y+z＝1，x＝0.80～0.97，y＝0.01～0.2，z＝0～0.1，m＝1～12，q＝2～12；X为C元素，N元素，Si元素；Y为C元素，N元素；Z为C元素，N元素；R1选自下述基团中的任意一种：2.根据权利要求1所述的共轭聚合物和氮化硼复合材料，其特征在于：式I所示共轭聚合物与氮化硼的质量比为1:1-1:10。3.权利要求1或2所述的共轭聚合物和氮化硼复合材料在吸附二氧化碳及监测二氧化碳缓慢释放中的应用。4.一种吸附二氧化碳及监测二氧化碳缓慢释放的方法，包含检测一系列CO2浓度与聚合物和氮化硼复合物的荧光变化关系；操作如下：(1)将式I所示共轭聚合物溶于水，得到共轭聚合物的水溶液；(2)将氮化硼分散到水中，得到氮化硼分散液；(3)配制一系列已知浓度的CO2水溶液；(4)将所述一系列已知浓度的CO2水溶液分别逐一与步骤(1)中的共轭聚合物的水溶液以及步骤(2)中的氮化硼分散液以相同的体积比进行混合，得到一系列CO2浓度不同的含有共轭聚合物和氮化硼复合物的混合溶液；(5)在激发光作用下，对步骤(4)中得到的一系列混合溶液进行荧光测量，分别记录所述一系列混合溶液中共轭聚合物的荧光发射光谱，并计算FRET比值；其中，所述FRET比值指含不同CO2浓度的溶液中的共轭聚合物的荧光共振能量转移的两个特定受体与供体峰值的荧光强度比值；(6)根据步骤(5)中得到的所述一系列混合溶液中共轭聚合物的FRET比值以及其对应的混合溶液中的CO2的浓度，做出FRET比值随CO2浓度变化的曲线。(7)将得到的曲线与未含氮化硼的曲线做差值，其差值与该CO2浓度下未含氮化硼FRET比值的比值即为复合材料吸附CO2的百分比。5.权利要求4所述的吸附二氧化碳及监测二氧化碳缓慢释放的方法，还包括：检测固定浓度CO2作用下聚合物和氮化硼复合物随孵育时间变化的荧光变化关系，操作如下：1)将式I所示共轭聚合物溶于水，得到共轭聚合物的水溶液；2)将氮化硼分散到水中，得到氮化硼分散液；3)配制任意已知浓度的二氧化碳水溶液；4)将所述任意已知浓度的二...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢成芬，王波，高冬，展永，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12