一种荧光响应型吸附剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种荧光响应型吸附剂及其制备方法与应用，属于吸附材料技术领域。本发明专利技术的制备方法通过预先对微晶纤维素材料进行氧化处理，利用氧化剂将纤维素原料的C2、C3位仲羟基的氧化成醛体系，从而有效放大反应位点数量；同时通过设计对汞离子具有荧光响应的有机小分子探针，并将其与纤维素通过化学改性方法相结合，赋予吸附剂材料对目标物灵敏监测的功能。在此基础上，将氧化纤维素、荧光分子探针和DMF混合回流提取，加入半胱氨酸，混合反应得到所述荧光响应型吸附剂，通过在吸附剂材料体系引入对目标物具有高效富集功能的辅助单元，增大探针分子的灵敏度，从而获取集吸附响应功能于一身的高效多功能型吸附剂。能于一身的高效多功能型吸附剂。能于一身的高效多功能型吸附剂。

【技术实现步骤摘要】
一种荧光响应型吸附剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于吸附材料
，尤其涉及一种荧光响应型吸附剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]由于工业的不断发展，各行业排放的废水量也逐年增多，工厂废水中常含有的污染物包括重金属离子等无机污染物以及染料、农药、抗生素等有机污染物。与大多有机污染物相比，重金属在水体中十分稳定，难以生物降解且毒性大，为了控制重金属污染，目前已经开发出了吸附法、化学沉淀法等多种处理方法。其中吸附法是一种操作简便且绿色环保的重金属脱除技术。目前工业中常用的吸附剂有活性炭、分子筛、树脂、硅胶等基材。然而，这类吸附剂虽然可对水体中污染物起到吸附脱除功能，但无法对水体的污染物浓度作出识别；且对目标金属缺乏良好的选择性，导致吸附容量较低。
[0003]纤维素在自然界储量丰富，属于可再生资源，且具有良好的生物降解性，同时内部强烈的氢键作用使得其难以溶于多种常见溶剂，这些优势使其成为良好的绿色水相吸附剂基体材料。然而，原始纤维素材料的每个葡萄糖单元中仅有一个伯羟基具有较高的化学活性，导致其改性效果以及改性方法均受限制。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种荧光响应型吸附剂及其制备方法与应用。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0006]技术方案之一：
[0007]本专利技术提出了一种荧光响应型吸附剂，所述吸附剂以化学改性的微晶纤维素为基体，以罗丹明发色团为荧光发色基团，以半胱氨酸为汞离子吸附基团；所述化学改性为将C2、C3位仲羟基氧化为醛基，本专利技术的荧光响应型吸附剂可以同时实现水中汞离子的脱除与实时监测。
[0008]技术方案之二：
[0009]本专利技术提出了一种所述的荧光响应型吸附剂的制备方法，将微晶纤维素的C2、C3位仲羟基氧化为醛基，然后通过席夫碱反应将罗丹明发色团引入氧化纤维素的C2位醛基，C3位醛基通过席夫碱反应与双齿配体半胱氨酸结合。
[0010]进一步地，具体包括以下步骤：
[0011](1)氧化纤维素的制备
[0012]将微晶纤维素分散于去离子水，搅拌均匀后加入氧化剂，在45℃下避光搅拌12h，反应完成后加入乙二醇，以分解过量的氧化剂，离心，用水洗涤固体，45℃干燥，得到所述氧化纤维素；
[0013](2)荧光分子探针的制备
[0014]将罗丹明与无水乙醇混合，并加入乙二胺，回流提取，冷却至室温，有沉淀析出，滴加盐酸溶液使固体沉淀溶解，然后再滴加氢氧化钠溶液，有浅粉色沉淀析出，用水洗涤沉淀，在45℃下干燥12h，得到所述荧光分子探针；
[0015](3)荧光响应型吸附剂的制备
[0016]将所述氧化纤维素、荧光分子探针和DMF(二甲基甲酰胺)混合，回流提取，加入半胱氨酸，在90℃下搅拌12h得到混合物，将混合物冷却至室温，加入去离子水中，析出红棕色沉淀物，取沉淀洗涤，在45℃下干燥12h，得到所述荧光响应型吸附剂。
[0017]进一步地，步骤(1)中，所述氧化剂为高碘酸钠或高碘酸钾。
[0018]进一步地，步骤(1)中，所述微晶纤维素与氧化剂的质量比为6∶11。
[0019]进一步地，步骤(2)中，所述罗丹明和乙二胺的料液比为3g∶2mL。
[0020]进一步地，步骤(2)中，所述回流提取的温度为70℃，时间为12h，洗涤沉淀至中性。
[0021]进一步地，步骤(3)中，所述氧化纤维素、荧光分子探针和半胱氨酸的质量比为1g∶0.25g∶3.34g。
[0022]进一步地，步骤(3)中，所述回流提取的温度为90℃，时间为6h。
[0023]本专利技术的制备方法通过预先对微晶纤维素材料进行氧化处理，利用氧化剂将纤维素原料的C2、C3位仲羟基氧化成醛体系，从而改变原始纤维素材料仅有羟基活性位点的局限性(如更换活性基团种类等)，有效放大反应位点数量；同时通过设计对目标物(水中汞离子)具有荧光响应的有机小分子探针，并将其与纤维素通过化学改性方法相结合，赋予吸附剂材料对目标物灵敏监测的功能。在此基础上，在吸附剂材料体系引入对目标物具有高效富集功能的辅助单元，增大探针分子的灵敏度，从而获取集吸附响应功能于一身的高效多功能型吸附剂。
[0024]技术方案之三：
[0025]所述的荧光响应型吸附剂在选择性吸附水中汞离子的应用。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
[0027](1)本专利技术提供了一种荧光响应型吸附剂及其制备方法与应用，该吸附剂展现出对水中汞离子高的吸附效率，在兼具大吸附容量的同时可对水中汞离子实现即时的光信号响应，从而实现高效脱除与灵敏检测的一体化。通过席夫碱反应将罗丹明发色团引入氧化纤维素的一个醛基部分，实现吸附剂的传感功能，当触发水中汞离子(Hg
2+
)时，产生显著的荧光增强效果，同时由于分子内电荷转移(ICT)引起颜色变化。与此同时，另一端醛基也通过席夫碱反应与双齿配体半胱氨酸结合可增加对Hg
2+
的吸附容量。
[0028](2)本专利技术设计的吸附剂材料可以同时实现水中汞离子的高效脱除与灵敏度的实时监测，且该过程具有极高的选择性。通过荧光及紫外
‑
可见吸收光谱信号和Hg
2+
浓度的对应关系，确认了其线性表达范围，获取了对应检测限范围。此外，通过多金属竞争干扰测试，明晰了吸附剂材料对目标金属极高的选择性识别。
附图说明
[0029]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0030]图1为实施例1制备的吸附剂对水中汞离子的脱除效果图；
[0031]图2为实施例1制备的吸附剂对水中汞离子的荧光发射谱图；
[0032]图3为实施例1制备的吸附剂对水中汞离子的紫外
‑
可见吸收光谱；
[0033]图4为实施例1制备的吸附剂随汞离子浓度改变产生的吸光度变化线性拟合；
[0034]图5为汞离子在不同浓度范围内的荧光强度测定结果；
[0035]图6为不同浓度范围内荧光强度变化比例与汞离子浓度的线性关系图；
[0036]图7为实施例1制备的吸附剂对各金属离子的荧光响应强度变化图。
具体实施方式
[0037]现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
[0038]应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本专利技术内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种荧光响应型吸附剂，其特征在于，所述吸附剂以化学改性的微晶纤维素为基体，以罗丹明发色团为荧光发色基团，以半胱氨酸为汞离子吸附基团；所述化学改性为将C2、C3位仲羟基氧化为醛基。2.一种权利要求1所述的荧光响应型吸附剂的制备方法，其特征在于，将微晶纤维素的C2、C3位仲羟基氧化为醛基，然后通过席夫碱反应将罗丹明发色团引入氧化纤维素的C2位醛基，C3位醛基通过席夫碱反应与双齿配体半胱氨酸结合。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)氧化纤维素的制备将微晶纤维素分散于去离子水，搅拌均匀后加入氧化剂，避光搅拌，加入乙二醇，离心，洗涤，干燥，得到所述氧化纤维素；(2)荧光分子探针的制备将罗丹明与无水乙醇混合，并加入乙二胺，回流提取，冷却后依次滴加盐酸溶液和氢氧化钠溶液，洗涤沉淀并干燥，得到所述荧光分子探针；(3)荧光响应型吸附剂的制备将所述氧化纤维素、荧光分子探针和DMF混合，回流提取，加入半...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明，张盼盼，李博，
申请(专利权)人：北京建工环境修复股份有限公司，
类型：发明
国别省市：