聚丙烯腈基-二乙烯三胺显色纤维及其合成方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种聚丙烯腈基‑二乙烯三胺显色纤维(PAN‑DETA‑PAR)，其合成方法为：以聚丙烯腈纤维(PAN)为母体，以二乙烯三胺(DETA)作为配体；在乙二醇中加入PAN、DETA、碳酸钠，加热反应，得到PAN‑DETA(聚丙烯腈基‑二乙烯三胺螯合纤维)；PAN‑DETA、乙二醇、甲醛、4‑(2‑吡啶偶氮)间苯二酚(PAR)，加热合成显色纤维，得到PAN‑DETA‑PAR。PAN‑DETA‑PAR的用途为：选择性吸附Cu(Ⅱ)，快速检测Cu(Ⅱ)，建立对Cu(Ⅱ)肉眼可变的的定性检测方法。

【技术实现步骤摘要】
聚丙烯腈基-二乙烯三胺显色纤维及其合成方法和应用
本专利技术属于化学
，具体涉及一种聚丙烯腈基-二乙烯三胺显色纤维及其合成方法和应用。
技术介绍
由于重金属对人体的损害作用严重且难代谢，对食品中重金属含量进行检测是限制人体过量摄入重金属离子的一道重要屏障。目前检测方法中，大型仪器设备检测方法检测精度高，结果准确度高，但是设备价格昂贵，维护保养繁琐，操作复杂，对操作人员的要求高，且检测周期长，适合实验室等检测场景。快速检测法一定程度上能节省成本，加快检测效率，提升检测能力，应用更为机动灵活。单纯的依靠大型仪器检测设备对大批量食品进行安全检测已经不能满足检测需求，简便、便宜、快速、准确、数字化的快速检测设备是食品安全检测的大势所趋。聚丙烯腈螯合纤维是在离子交换纤维研究基础上发展起来的，吸附的工作原理是吸附材料中的功能基团中N、O、P、S等元素所含的孤对电子与目标离子间形成结构稳定螯合物，在此基础上接枝显色剂，根据纤维的颜色变化以达到对所选择性吸附重金属离子的快速检测是很有意义的。《聚丙烯腈基弱碱性离子交换纤维的制备》，以聚丙烯腈(PAN)纤维为基体，以水合肼为交联剂，以二乙烯三胺为胺化剂制备获得弱碱性离子交换纤维。但是该方法并没有告知其对金属离子的吸附性能。《聚丙烯腈基纳米纤维的制备及其对铜离子吸附性能研究》，以聚丙烯腈为基体，并用乙二胺对其进行胺化，研究了不同胺化条件对纳米纤维膜形态结构的影响。分别考察了不同的初始浓度条件、不同的时间、不同的温度、不同的pH值对吸附铜离子性能的影响，并分析其原因。实验表明吸附反应更符合Langmuir与二级动力学模型，在溶液pH值为5.0，反应时间为180min时吸附达到平衡，最大吸附量可达54mg/g。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是提供一种集富集、分离、显色与检测功能于一体的聚丙烯腈基显色纤维PAN-DETA-PAR及其制备方法，并以将其应用在铜离子的快速检测中。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种聚丙烯腈基-二乙烯三胺显色纤维(PAN-DETA-PAR)，其结构式为：本专利技术还同时提供了上述聚丙烯腈基-二乙烯三胺显色纤维(PAN-DETA-PAR)的合成方法，包括以下步骤：1)、以聚丙烯腈纤维(PAN)为母体，以二乙烯三胺(DETA)作为配体；在乙二醇中加入PAN、DETA、碳酸钠，加热(微波辅助加热)至110～145℃反应时间为10～40min，得到PAN-DETA(聚丙烯腈基-二乙烯三胺螯合纤维)；其中PAN的功能基-C≡N：DETA＝1：2～5的摩尔比；PAN：碳酸钠＝1：2～5的质量比；反应过程如下：2)、在容器中加入PAN-DETA、乙二醇、甲醛、4-(2-吡啶偶氮)间苯二酚(PAR)，加热(微波辅助加热)合成显色纤维，温度为110～140℃，反应时间10～30min，得到PAN-DETA-PAR；PAN-DETA：PAR＝1～3：1的质量比；反应过程如下：上述步骤1)、步骤2)的反应结束后的后处理方式均为：反应所得物过滤，滤饼水洗，干燥。作为本专利技术的聚丙烯腈基-二乙烯三胺显色纤维(PAN-DETA-PAR)的合成方法的改进：步骤1)中，PAN与乙二醇的料液比为50.0mg:(30±5)ml；步骤2)中，PAN-DETA：乙二醇：甲醛的料液比＝30.0mg:(25±5)ml：(5±1)ml；步骤1)和步骤2)均采用微波辅助加热的方式。步骤1)中，微波功率为800W；步骤2)中，微波功率为400W。每50mg聚丙烯腈纤维作为原料时，可依据上述工艺参数。作为本专利技术的聚丙烯腈基-二乙烯三胺显色纤维(PAN-DETA-PAR)的合成方法的进一步改进：步骤1)中，PAN与乙二醇的料液比为50.0mg:30ml；PAN的功能基-C≡N：DETA＝1：2的摩尔比；PAN：碳酸钠质量比＝1：3；微波辅助加热温度为125℃，反应时间为10min。步骤2)中，PAN-DETA与乙二醇及甲醛的料液比为30.0mg:25ml：5ml；PAN-DETA：PAR质量比＝3：1；反应温度为120℃，反应时间为15min。本专利技术还同时提供了上述聚丙烯腈基-二乙烯三胺显色纤维(PAN-DETA-PAR)的用途：选择性吸附Cu(Ⅱ)；pH＝6的浓度为0.2mol/L的HAc-NaAc缓冲溶液中，PAN-DETA-PAR对Cu(Ⅱ)具有选择性吸附效果，吸附温度35℃时，吸附量为164.97mg/g。作为本专利技术用途的改进：快速检测Cu(Ⅱ)，即，建立对Cu(Ⅱ)肉眼可变的的定性检测方法。作为本专利技术用途的进一步改进：在pH＝6的浓度为0.2mol/L的HAc-NaAc缓冲溶液中加入待测金属盐(或者疑似含Cu(Ⅱ)污染的食品)和PAN-DETA-PAR，纤维颜色变深(纤维颜色从橙红色变为棕褐色)的，金属盐为Cu(Ⅱ)盐。在pH＝6的浓度为0.2mol/L的HAc-NaAc缓冲溶液中，PAN-DETA-PAR对Cu(Ⅱ)具有明显的显色效果，且该显色效果肉眼可见，纤维颜色从橙红色变为棕褐色，而对其它测试离子则无此显色效果。即，pH为6时，与其它种类重金属离子相比，PAN-DETA-PAR对Cu(Ⅱ)溶液迅速显色，10min内(最少为5min)纤维颜色由橙红色变为棕褐色。作为本专利技术用途的进一步改进，PAN-DETA-PAR结合铜离子之后的结构式为：聚丙烯腈基-二乙烯三胺显色纤维PAN-DETA-PAR，其合成式为：本专利技术中，利用响应面法对合成参数进行进一步优化，鉴于本专利技术所得PAN-DETA-PAR纤维对目标重金属离子的检测以颜色变化为准，因为合成条件的选择也需参考纤维的颜色深浅程度。其中响应面法模型对于步骤1)的反应温度、反应时间和原料的摩尔比进行了三因素三水平的试验设计，以吸附量为衡量标准，具体的模型如下：本专利技术所指三因素三水平响应面优化实验过程中合成模型的二次多项式的方差分析表如表1所示。表1、PAN-DETA合成模型的二次多项式的方差分析表最终得到的具体模型为：三种因素交互作用对吸附量的影响及优化条件筛选如图1所示。结合显色纤维的颜色变化情况(图2)，最终确定的三因素中最优水平为：125℃，10min，-CN：DETA摩尔比为1：2。本专利技术具有如下技术优势：(1)本专利技术所合成的化合物为新化合物；(2)本专利技术采用微波辅助法制备，合成方法简单，速度快，副产物少；(3)本专利技术合成的聚丙烯腈基-二乙烯三胺显色纤维对Cu(Ⅱ)有较好的吸附选择性，吸附速度快，吸附量大，显色性好等优势。(4)本专利技术合成的聚丙烯腈基-二乙烯三胺显色纤维对含Cu(Ⅱ)污染的食品中的Cu(Ⅱ)有良好的检测及去除效果。综上所述，本专利技术的PAN-DETA-PAR能有效地选择吸附Cu(Ⅱ)，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.聚丙烯腈基-二乙烯三胺显色纤维，其特征在于结构式为：/n

【技术特征摘要】
1.聚丙烯腈基-二乙烯三胺显色纤维，其特征在于结构式为：





2.如权利要求1所述的聚丙烯腈基-二乙烯三胺显色纤维的合成方法，其特征在于包括以下步骤：
1)、以PAN为母体，以DETA作为配体；在乙二醇中加入PAN、DETA、碳酸钠，加热至110～145℃反应10～40min，得到PAN-DETA；
其中PAN的功能基-C≡N：DETA＝1：2～5的摩尔比；PAN：碳酸钠＝1：2～5的质量比；
PAN：聚丙烯腈纤维；DETA：二乙烯三胺；PAN-DETA：聚丙烯腈基-二乙烯三胺螯合纤维；
2)、在容器中加入PAN-DETA、乙二醇、甲醛、PAR，加热合成显色纤维，温度为110～140℃，反应时间10～30min，得到PAN-DETA-PAR；
PAN-DETA：PAR＝1～3：1的质量比；
PAR：4-(2-吡啶偶氮)间苯二酚。


3.根据权利要求2所述的聚丙烯腈基-二乙烯三胺显色纤维的合成方法，其特征在于：
步骤1)中，PAN与乙二醇的料液比为50.0mg:(30±5)ml；
步骤2)中，PAN-DETA：乙二醇：甲醛的料液比＝30.0mg:(25±5)ml：(5±1)ml；
步骤1)和步骤2)均采...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊春华，王小青，陈雪丹，张维权，王雪姣，厉炯慧，沈忱，姚彩萍，
申请(专利权)人：浙江工商大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33