用于检测和吸附铜离子的双功能材料及其合成方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种用于检测和吸附铜离子的双功能材料的合成方法，以生物相容的海藻酸盐和壳聚糖为原料，通过羧基和氨基的缩合反应使其相结合，后在碱土金属离子溶液中凝胶化，经干燥制备得到该双功能材料，本发明专利技术还公开了该双功能材料及其应用，该双功能材料能够快速检测出水体中的铜离子，对铜离子灵敏度高、吸附率高、且可循环使用，适用于江河湖泊水质调查、企业工厂排水水质监测和生活用水、食品、人畜血液与体液以及通过处理各类固态样品后获得的各种水样的检测和处理，具有广泛的应用价值。

Double functional material for detecting and adsorbing copper ion and synthetic method and application thereof

The invention discloses a method for the synthesis of bifunctional material detection and adsorption of copper ions, with alginate and chitosan biocompatibility as raw material, through the condensation reaction of carboxyl and amino to combine in alkaline earth metal ions in the solution gelation, after drying was prepared by the double functional material. The present invention also discloses the dual functional materials and applications, the dual functional materials can quickly detect copper ions in the water, the copper ion with high sensitivity, high adsorption rate, and can be recycled, suitable for rivers and lakes water quality survey, enterprise factory drainage water quality monitoring and water, food, livestock and blood fluid and various water samples obtained by processing all kinds of solid samples after testing and processing, and has wide application value.

【技术实现步骤摘要】
用于检测和吸附铜离子的双功能材料及其合成方法和应用
本专利技术属于铜离子检测领域，具体涉及一种用于检测和吸附铜离子的双功能材料及其合成方法和应用。
技术介绍
铜是人体必需的微量元素之一，但过量的铜会造成肝脏损伤和引发肺癌，所以国家生活饮用水卫生标准规定生活饮用水中含铜量须低于1.0mg/L。水体中铜离子主要来源于铜矿的开采和冶炼、电镀和电器工业等。开发能够快速检测和吸附去除水体中铜离子的功能材料具有重要意义。目前，关于水体中铜离子的检测，主要是通过金或银纳米粒子溶液比色检测和仪器检测来实现，其中金或银纳米粒子溶液比色检测操作简单，且适用于野外检测，但其灵敏度易受水样中其他成份干扰。仪器检测主要是使用紫外-可见分光光度计、原子吸收分光光度计或等离子发射光谱仪等大型仪器对水样进行检测，需对样品进行预处理，且测试费用较高。去除水体中铜离子的方法目前主要有化学沉淀法、离子交换法、膜过滤法、吸附法、反渗透、电化学等方法，其中吸附法由于操作简便、处理效率高、可实现铜离子回收利用等特点越来越受到重视。已报道的铜离子吸附剂主要有农业废弃物、无机纳米材料、有机高分子聚合物等，这些铜离子吸附剂具有如下的缺点：(1)农业废弃物吸附容量有限，且在使用过程中向释放有机质，造成水体化学耗氧量(COD)升高；(2)纳米材料吸附剂由于颗粒较小，回收困难不利于循环使用。(3)有机高分子聚合物，水溶性较差，只能应用于有机溶剂或有机溶剂和水的混合溶液；(4)只能吸附去除铜离子，不能同时实现铜离子的快速检测。目前，有关用于检测和吸附水体中铜离子的双功能材料的报道较少。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供了一种用于检测和吸附铜离子的双功能材料的合成方法及应用，所合成的双功能材料适用于检测和吸附水体中Cu2+，并且易于回收，可循环使用。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供如下技术方案：一种用于检测和吸附铜离子的双功能材料含有羧基和氨基功能基团及碱土金属离子，能够与Cu2+发生配位反应和离子交换反应；该双功能材料结合Cu2+后，显示出特有的蓝色，其中，氨基和羧基的摩尔比大于1:1。优选地，氨基和羧基的摩尔比为1.5：1。优选地，一种用于检测和吸附铜离子的双功能材料的合成方法，包括如下步骤：(1)将功能试剂溶于缓冲溶液中，搅拌条件下，加入修饰剂和缩合剂进行反应，得到混合液；(2)在搅拌条件下，将步骤(1)制得的混合液滴入含碱土金属离子的溶液，反应完全之后，经固液分离、洗涤、干燥，制得所述的双功能材料。优选地，步骤(1)中所述的功能试剂为海藻酸钠、海藻酸钾或海藻酸中的至少一种；所述的修饰试剂为粘度≤200mPs·s的低粘度壳聚糖、甲基乙二醇壳聚糖或羧化壳聚糖中的至少一种；所述的缩合剂为1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐、2-(7-氧化苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯、N-羟基琥珀酰亚胺和1-羟基苯并三唑中的至少一种。优选地，步骤(1)中所述的功能试剂为海藻酸钠；所述的修饰试剂为羧化壳聚糖；所述的缩合剂为1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺。优选地，步骤(1)中，反应温度为1～90℃；反应时间大于2小时；所述的缓冲溶液pH为4.5～6.5。优选地，步骤(1)中，反应温度为10～30℃；反应时间为6小时；所述的缓冲溶为pH5.5的2-(N-吗啡啉)乙磺酸缓冲液。优选地，步骤(2)中所述的含碱土金属离子的溶液为含钙离子、锶离子、钡离子中的一种或多种离子的溶液；所述的干燥方法为真空干燥或真空冷冻干燥法。优选地，步骤(2)中所述的含碱土金属离子的溶液为含钙离子的水溶液。所述的干燥方法为真空冷冻干燥法。优选地，一种用于检测和吸附铜离子的双功能材料的应用，能用用于检测环境中的水样，也能够检测漂浮在大气中的灰尘、食品样品、人体或动物的血液及其他体液经过处理后获得的水溶液。本专利技术的有益效果在于：(1)该专利技术基于双功能材料与Cu2+的选择性络合，引起固体颜色变化，因此，可以利用比色法或紫外-可见分光光度计进行判定，即能快速地检测出溶液中是否含有Cu2+，实现对水溶液中Cu2+的快速检测与定量分析；(2)该双功能材料属宏观多孔材料，易于固液分离；(3)该双功能材料对铜离子具有灵敏的选择性响应，能吸附铜离子；(4)该双功能材料经过无机酸处理，可循环使用，具有广阔的工业应用前景。附图说明图1为实施例1中双功能材料的合成路线图；图2为实施例1中双功能材料的红外光谱图；图3为实施例13绘制得到的标准曲线图。具体实施方式实施例1：合成双功能材料图1为本实施例中合成双功能材料的化学反应路线图，如图1所示，具体过程如下：(1)称取2.0g海藻酸钠(粘度：200±20mPa·s)溶于98.0gpH5.5的MES(2-(N-吗啡啉)乙磺酸)缓冲溶液中，搅拌条件下，加入0.15g1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐、0.12gN-羟基琥珀酰亚胺和3.0g羧化壳聚糖，25℃条件下反应6h，制得混合液；(2)搅拌条件下，采用10mL医用注射器将步骤(1)制得的混合液逐滴滴入500mL0.25mol/L硝酸钙溶液中，滴完后继续搅拌30分钟，经过滤，蒸馏水洗涤，制得海藻酸钙-壳聚糖水凝胶；(3)将步骤(2)制得的海藻酸钙-壳聚糖水凝胶浸泡于蒸馏水中，置于真空冷冻干燥机中冷冻、真空干燥，制得双功能材料，该双功能材料的红外光谱图如图2所示。实施例2：合成双功能材料(1)称取2.0g海藻酸钾溶于98.0gpH5.5的MES(2-(N-吗啡啉)乙磺酸)缓冲溶液中，搅拌条件下，加入0.15g1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐、0.12gN-羟基琥珀酰亚胺和3.0g羧化壳聚糖，25℃条件下反应6h，制得混合液；(2)搅拌条件下，采用10mL医用注射器将步骤(1)制得的混合液逐滴滴入500mL0.25mol/L硝酸钙溶液中，滴完后继续搅拌30分钟，经过滤，蒸馏水洗涤，制得海藻酸钙-壳聚糖水凝胶；(3)将步骤(2)制得的海藻酸钙-壳聚糖水凝胶浸泡于蒸馏水中，置于真空冷冻干燥机中冷冻、真空干燥，制得双功能材料。实施例2相对于实施例1的区别在于：将海藻酸钠替换为海藻酸钾。实施例3：合成双功能材料(1)称取2.0g海藻酸溶于98.0gpH5.5的MES(2-(N-吗啡啉)乙磺酸)缓冲溶液中，搅拌条件下，加入0.15g1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐、0.12gN-羟基琥珀酰亚胺和3.0g羧化壳聚糖，25℃条件下反应6h，制得混合液；(2)搅拌条件下，采用10mL医用注射器将步骤(1)制得的混合液逐滴滴入500mL0.25mol/L硝酸钙溶液中，滴完后继续搅拌30分钟，经过滤，蒸馏水洗涤，制得海藻酸钙-壳聚糖水凝胶；(3)将步骤(2)制得的海藻酸钙-壳聚糖水凝胶浸泡于蒸馏水中，置于真空冷冻干燥机中冷冻、真空干燥，制得双功能材料。实施例3相对于实施例1的区别在于：将海藻酸钠替换为海藻酸。实施例4：合成双功能材料(1)称取2.0g海藻酸钠溶于98.0gpH5.5的MES(2-(N-吗啡啉)乙磺酸)缓冲溶液中，搅拌条件下，加入0.15g1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐、0.12gN-羟基琥珀酰亚胺和3.0g低粘度壳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测和吸附铜离子的双功能材料，其特征在于：含有羧基和氨基功能基团及碱土金属离子，能够与Cu

【技术特征摘要】
1.一种用于检测和吸附铜离子的双功能材料，其特征在于：含有羧基和氨基功能基团及碱土金属离子，能够与Cu2+发生配位反应和离子交换反应；该双功能材料结合Cu2+后，显示出特有的蓝色，其中，氨基和羧基的摩尔比大于1:1。2.根据权利要求1所述的用于检测和吸附铜离子的双功能材料，其特征在于：氨基和羧基的摩尔比为1.5：1。3.一种用于检测和吸附铜离子的双功能材料的合成方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)将功能试剂溶于缓冲溶液中，搅拌条件下，加入修饰剂和缩合剂进行反应，得到混合液；(2)在搅拌条件下，将步骤(1)制得的混合液滴入含碱土金属离子的溶液，反应完全之后，经固液分离、洗涤、干燥，制得所述的双功能材料。4.根据权利要求3所述的用于检测和吸附铜离子的双功能材料的合成方法，其特征在于：步骤(1)中所述的功能试剂为海藻酸钠、海藻酸钾或海藻酸中的至少一种；所述的修饰试剂为粘度≤200mPs·s的低粘度壳聚糖、甲基乙二醇壳聚糖或羧化壳聚糖中的至少一种；所述的缩合剂为1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐、2-(7-氧化苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯、N-羟基琥珀酰亚胺和1-羟基苯并三唑中的至少一种。5.根据权利要求4所述的用于检测和吸附铜离子的双功能材料的合...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴根华，汪竹青，王敏，
申请(专利权)人：安庆师范大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34