一种二氧化硅壳聚糖复合材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种二氧化硅壳聚糖复合材料、制备方法及其应用，制备方法包括：芘丁酸修饰壳聚糖、制备季铵化的芘丁酸壳聚糖复合材料、环氧基修饰二氧化硅纳米材料和制备二氧化硅壳聚糖复合材料。利用壳聚糖为载体，表面修饰芘丁酸荧光基团，并将其季铵化后，再与环氧修饰的二氧化硅纳米材料反应，制备了能对汞(II)离子集吸附与检测于一体的多功能纳米材料。

【技术实现步骤摘要】
-种二氧化硅壳聚糖复合材料、制备方法及其应用
本专利技术属于材料制备领域，具体涉及一种二氧化硅壳聚糖复合材料、制备方法及 其应用。
技术介绍
随着现代科技水平的发展和人们生活水平的提高，环境污染也在日益增加，环境 污染问题已越来越成为世界各个国家共同关注的课题之一。环境污染的最直接、最容易被 人所感受的。环境污染的后果是破坏人类的生存环境，影响人类的生活质量、身体健康和生 产活动。其中重金属污染对环境和人类健康造成了巨大的伤害，重金属污染对身体的危害 主要是三致:致癌、致疾、致突变。在众多重金属污染中，汞（II)离子的污染尤为突出。 汞（II)离子具有持久性、易迁移性和高度的生物富集性，这使其成为目前全球最 引人关注的环境污染物之一。目前已有文献报道的材料仅能用于汞（II)离子的吸附或检 测，功能单一。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种二氧化硅壳聚糖复合材料，能检测和吸附 汞（II)离子的多功能荧光二氧化硅壳聚糖复合材料。 本专利技术还提供了一种二氧化硅壳聚糖复合材料的制备方法及其应用。 本专利技术提供的一种二氧化硅壳聚糖复合材料，其结构示意图如说明书附图10所 /_J、i 〇 本专利技术还提供了一种二氧化硅壳聚糖复合材料的制备方法，包括以下步骤： A、芘丁酸修饰壳聚糖： 将壳聚糖溶于1%乙酸中，获得壳聚糖溶液，将芘丁酸、1-(3-二甲氨基丙 基）-3_乙基碳二亚胺和N-N-羟基琥珀酰亚胺溶于甲醇中，芘丁酸在甲醇中浓度为 0. 4-0. 5mol/L，混合均匀后加入到获得的壳聚糖溶液中，再加入甲醇溶液，体积为壳聚糖溶 液体积比的0. 8-1倍，搅拌20-30h后，加入甲醇/氨水混合物，其中甲醇、氨水的体积比为 1:1-2,产物沉淀，洗涤，即得到的产物； B、制备季铵化的芘丁酸壳聚糖复合材料： 将步骤A的产物溶于异丙醇中，浓度为0. 01-0. 02g/ml，混匀后，加入浓度为 0. 1-0. 3g/ml的羟丙基三甲基氯化铵水溶液，加热至70-80°C、搅拌反应6-10h，冷却、抽滤、 洗涤得暗黄色的季铵化的芘丁酸壳聚糖复合材料； C、环氧基修饰二氧化硅纳米材料： 将二氧化硅纳米材料加入到甲苯中，二氧化硅纳米材料在甲苯中的浓度 0. 01-0. 02g/ml，搅拌升温至80-120°C，逐滴加入3-(2, 3-环氧丙基）丙基三甲基硅烷偶联 齐?，保温并在氮气保护回流反应40-50h，产物离心收集，洗涤后真空干燥； D、制备二氧化硅壳聚糖复合材料： 季铵化的芘丁酸壳聚糖复合材料于水中，浓度为0. 005-0. Olg/ ml，加入乙醇钠， 混合均匀后加入步骤C制备的环氧基修饰二氧化硅纳米材料，20-30°C下反应20-30h，产物 离心收集，洗涤后真空干燥，即得壳聚糖二氧化硅复合材料。 步骤A中芘丁酸、1- (3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺和N-N-羟基琥珀酰亚胺 与壳聚糖的质量之比为（〇. 15-0. 2) : (0. 3-0. 4) (0. 3-0. 4) : 1 ; 步骤A中所述获得壳聚糖溶液浓度为0. 01-0. 02g/ml ; 步骤A中所述甲醇/氨水混合物与壳聚糖溶液的体积比1:50-60。 步骤B中加入步骤A的产物与加入的羟丙基三甲基氯化铵的质量比范围1 :1_5。 步骤C中3-(2, 3-环氧丙基）丙基三甲基硅烷偶联剂与二氧化硅纳米材料的质量 比为 0· 6-1:1 ; 步骤C中，所述二氧化硅纳米材料，通过以下方法制备： 将无水乙醇、蒸馏水和氨水混合均匀，制得混合溶液，加入正硅酸乙酯，10_40°C反 应6-10h，静置24-48h，离心收集、洗涤50-60°C下恒温干燥，制得二氧化硅纳米材料。 无水乙醇、蒸馏水和氨水的摩尔比为50-60:1:1，正硅酸乙酯在混合溶液中浓度 范围为 0. 1-0. 2mol/L。 步骤D中所用季铵化的芘丁酸壳聚糖复合材料、乙醇钠和步骤C制备的环氧基修 饰二氧化硅纳米材料的质量比范围0. 05-0. 1:0. 01-0. 03:1。 本专利技术提供的一种二氧化硅壳聚糖复合材料，在检测和吸附汞（II)离子方面的 应用。 本专利技术利用壳聚糖为载体，表面修饰芘丁酸荧光基团，并将其季铵化后，再与环氧 修饰的二氧化硅纳米材料反应，制备了能对汞（II)离子集吸附与检测于一体的多功能纳 米材料。 本专利技术利用荧光物质，壳聚糖和纳米材料的特点，使功能基团在壳聚糖分子表面 相对集中，能够完成同时对汞（II)离子实现吸附和检测的目的。本材料中含有芘荧光基团 和季铵盐，能够对汞（II)离子进行现吸附和荧光检测。因此，该产品可以同时实现吸附和 检测，具有多功能性质。 【附图说明】 图1为步骤A芘丁酸修饰壳聚糖的反应过程； 图2为步骤B制备季铵化的芘丁酸壳聚糖复合材料的反应过程； 图3为实施例1制备的二氧化硅壳聚糖复合材料的红外光谱图， a.壳聚糖，b.芘丁酸修饰壳聚糖，c.季铵化的芘丁酸修饰壳聚糖， d.二氧化硅壳聚糖复合材料； 图4为实施例1制备的二氧化硅壳聚糖复合材料的荧光光谱图； 图5为汞（II)离子浓度与荧光强度的关系图； 图6为实施例1制备的二氧化硅壳聚糖复合材料与Hg (II)作用荧光猝灭示意图； 图7为实施例1制备的二氧化硅壳聚糖复合材料对汞（II)离子的等温吸附线； 图8.为紫外吸收光谱图， a.硝酸萊参比溶液（10 μ mol/1)，b.季铵壳聚糖材料（5mg/ml)，c.季铵壳聚糖材 料（lmg/ml)和硝酸萊（10ymol/l)，d·季铵壳聚糖材料（5mg/ml)和硝酸萊（10μηιο1/1); 图9.为荧光光谱图， a.芘丁酸溶液（2ymol/l), b.芘丁酸溶液（2μηιο1/1)和硝酸萊（2μηιο1/1), c.花丁酸溶液（2μηιο1/1)，硝酸萊（2μηιο1/1)和季铵壳聚糖材料（0· lmg/ml); 图10为二氧化硅壳聚糖复合材料的结构示意图。 【具体实施方式】 实施例1 A、芘丁酸修饰壳聚糖： 将lg壳聚糖溶于lOOmll %乙酸中，获得壳聚糖溶液，将0. 27g芘丁酸、 0. 38gl-(3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺和0. 3g N-N-羟基琥珀酰亚胺溶于2ml甲醇 中，混合均匀后加入到壳聚糖溶液中，再加入甲醇溶液，搅拌24h后，加入甲醇/氨水混合物 2ml，产物沉淀，洗涤，即得到的产物； B、制备季铵化的芘丁酸壳聚糖复合材料： 将步骤A的0. 6g产物溶于40ml异丙醇中，混匀后，加入10ml羟丙基三甲基氯化 铵水溶液，浓度为〇. 3g/ml，加热至80°C、搅拌反应8h，冷却、抽滤、洗涤得暗黄色的季铵化 的芘丁酸壳聚糖复合材料； C、环氧基修饰二氧化硅纳米材料： 将0. 5g二氧化娃纳米材料加入到50ml甲苯中，搅拌升温至100°C °C，逐滴加入 0.45克3-(2, 3-环氧丙基）丙基三甲基硅烷偶联剂，保温KKTC并在氮气保护回流反应 48h，产物离心收集，洗涤后真空干燥； 二氧化硅纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧化硅壳聚糖复合材料，其特征在于，其结构示意图如图10所示。

【技术特征摘要】
1. 一种二氧化硅壳聚糖复合材料，其特征在于，其结构示意图如图10所示。2. -种权利要求1所述的二氧化娃壳聚糖复合材料的制备方法，其特征在于，包括以 下步骤： A、 芘丁酸修饰壳聚糖： 将壳聚糖溶于1 %乙酸中，获得壳聚糖溶液，将芘丁酸、1- (3-二甲氨基丙基）-3-乙基 碳二亚胺和N-N-羟基琥珀酰亚胺溶于甲醇中，芘丁酸在甲醇中浓度为0. 4-0. 5mol/L，混 合均匀后加入到获得的壳聚糖溶液中，再加入甲醇溶液，体积为壳聚糖溶液体积比的〇. 8-1 倍，搅拌20-30h后，加入甲醇/氨水混合物，其中甲醇、氨水的体积比为1:1-2,产物沉淀，洗 涤，即得到的产物； B、 制备季铵化的芘丁酸壳聚糖复合材料： 将步骤A的产物溶于异丙醇中，浓度为0. 01-0. 02g/ml，混匀后，加入浓度为0. 1-0. 3g/ ml的羟丙基三甲基氯化铵水溶液，加热至70-80°C、搅拌反应6-10h，冷却、抽滤、洗涤得暗 黄色的季铵化的芘丁酸壳聚糖复合材料； C、 环氧基修饰二氧化硅纳米材料： 将二氧化硅纳米材料加入到甲苯中，二氧化硅纳米材料在甲苯中的浓度0. 01-0. 02g/ ml，搅拌升温至80-120°C，逐滴加入3-(2, 3-环氧丙基）丙基三甲基硅烷偶联剂，保温并在 氮气保护回流反应40-5...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金水，臧灵杰，唐驰，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34