多孔硅基功能聚合物的響應(yīng)曲面優(yōu)化制備及其對金屬、蛋白質(zhì)吸附分離性能研究.pdf

1、多孔硅材料具有高孔隙度、大比表面積、易修飾性等特點，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于吸附分離領(lǐng)域。然而，僅依靠硅材料自身的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)實應(yīng)用的要求：吸附容量低，對目標(biāo)物選擇性吸附能力差。目前，基于多孔硅表面功能修飾以提高吸附分離性能已成為研究的熱點。
　　在材料制備與吸附過程中，材料性能及吸附性能同時受多種因素影響。響應(yīng)曲面法(RSM)是數(shù)學(xué)與統(tǒng)計技術(shù)的結(jié)合，可以改進(jìn)和優(yōu)化實驗過程。其省時省力，并可直觀呈現(xiàn)單因素及結(jié)合因素對實驗響應(yīng)值的的影

2、響。
　　本課題以多孔硅材料為基質(zhì)材料，通過表面修飾技術(shù)方法制備了功能聚合物，對金屬和蛋白質(zhì)的吸附分離性能進(jìn)行研究，并應(yīng)用響應(yīng)曲面法優(yōu)化多孔硅基功能聚合物的制備條件及其對目標(biāo)物的吸附過程。具體研究結(jié)果如下：
　　(1)以SBA-15為基質(zhì)材料，表面印跡技術(shù)和可逆-加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移(RAFT)聚合反應(yīng)相結(jié)合制備了一種新型磁性介孔離子印跡聚合物(Sr(II)-IIP)。采用響應(yīng)曲面法優(yōu)化Sr(II)-IIP對鍶離子的動態(tài)吸附過程，

3、結(jié)果表明，當(dāng)pH6.08，初始Sr(II)離子濃度為70 mg/L，柱溫35 oC，吸附劑質(zhì)量50 mg時，可得到最大動態(tài)吸附容量22.12 mg/g。選擇性和解吸實驗結(jié)果表明Sr(II)-IIP對鍶離子具有良好的特異識別性能和重復(fù)利用性。
　　(2)以雙模板法合成了大孔-介孔硅(MMS)材料，它結(jié)合了介孔材料和大孔材料的優(yōu)點，擁有較大的比表面積，發(fā)達(dá)的多級孔隙結(jié)構(gòu)，有利于傳質(zhì)吸附。然后以MMS為基質(zhì)材料，結(jié)合表面印跡技術(shù)與RAF

4、T聚合方法，采用響應(yīng)曲面優(yōu)化鎳表面離子印跡聚合物(Ni(II)-IIP)的制備工藝，最佳合成條件為：S,S’-二(α,α’-甲基-α’’-乙酸)三硫代碳酸酯(BDAAT)質(zhì)量0.07 g，丙烯酰胺(AM)質(zhì)量0.029 g，反應(yīng)時間(T)6.3 h，偶氮二異丁腈(AIBN)質(zhì)量4.54 mg，得到的最大Ni(II)離子動態(tài)吸附容量為12.96 mg/g。通過對比實驗證實以介孔-大孔硅材料為基質(zhì)的Ni(II)-IIP吸附量明顯優(yōu)于以傳統(tǒng)介

5、孔材料SBA-15為基質(zhì)的Ni(II)-IIP-S。
　　(3)以單寧酸為模板分子，利用“一鍋法”合成只在外表面氨基修飾的介孔硅納米粒子(MSN-N)。然后以MSN-N為載體材料，應(yīng)用于固定化胰蛋白酶。胰蛋白酶無法固定化于材料外表面，只能固定化于介孔孔道內(nèi)，提高了胰蛋白酶的利用效率，穩(wěn)定性大大增強(qiáng)。選取固定化胰蛋白酶的介孔硅納米粒子(T-MSN-N-272)的質(zhì)量、pH及溫度為影響因素，采用響應(yīng)曲面方法對固定化胰蛋白酶的活性進(jìn)行了

6、優(yōu)化，最佳酶促反應(yīng)條件為：T-MSN-N-272質(zhì)量153?g，pH值7.85，溫度40.39 oC，得到的最大酶活力值為12.28 U/mg。酶在固定化后，擁有更佳的熱穩(wěn)定性和貯存穩(wěn)定性。
　　(4)以膠體晶體與P123作為雙模板劑，通過溶膠凝膠法合成階層有序大孔-介孔硅膠整體柱(HOM)。HOM具有規(guī)則的宏觀及微觀結(jié)構(gòu)，通透性強(qiáng)、背壓低、傳質(zhì)動力學(xué)快。然后以HOM為基質(zhì)材料，利用表面印跡技術(shù)合成牛血清白蛋白分子印跡聚合物(BS