棉纤维基表面印迹材料的制备及其性能研究

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纤维素是大自然中存在最多、最环保的可再生资源之一,它具有可降解、对环境无污染等特点,而棉花中的纤维素含量接近100%,为天然的最纯纤维素来源。因为棉纤维表面含有大量羟基,通过对其表面进行化学改性和修饰,能够得到拥有较强吸附能力的新型吸附剂,并应用于各个领域。然而,棉纤维作为吸附分离材料,其吸附分离对象较为单一,对目标物质的吸附分离没有选择性,达到吸附平衡时间较长。因此,开发一种高选择性和高吸附分离效率的新型棉纤维吸附剂具有重要意义。本论文以脱脂棉为基材,通过原位反应对其进行表面改性,随后设计了表面离子印迹和表面分子印迹材料,分别用以吸附铜离子和分离牛血红蛋白。通过正交、单因素实验,探讨了反应条件对印迹效果的影响,从而确定出最佳吸附分离条件。本论文主要分为以下三部分:(1)铜离子表面离子印迹棉的制备与表征本研究以改性脱脂棉为基材,Cu2+为模板离子,戊二醛为交联剂,制备了离子印迹棉(IIC)。采用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)对IIC与非离子印迹棉(NIC)进行了表征;探讨了p H值、吸附时间、Cu2+浓度以及循环使用对吸附性能的影响;研究了吸附过程的热力学、动力学,探讨了吸附机理。(2)牛血红蛋白表面分子印迹棉的选择性吸附研究以牛血红蛋白(BHb)为模板分子,戊二醛为交联剂,制备分子印迹棉(MIC),通过扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、元素分析仪对样品进行表征。研究了p H值、吸附时间、蛋白质浓度等因素对材料吸附性能的影响,并采用十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)对真实牛血样品的选择性吸附进行分析。在p H=6.2时,MIC的吸附性能最好,在100 ml 200 mg/L的BHb溶液中,吸附量高达62.95 mg/g,印迹因子可达7.56。(3)金属离子对牛血红蛋白分子印迹棉吸附性能的影响由于模板蛋白质分子通常是以非共价键作用力与印迹材料结合,这使得印迹材料在水溶液中对蛋白质的亲和力和选择性较低。本课题在制备分子印迹棉的过程中加入Cu2+,使Cu2+鳌合在纤维表面,得到固定Cu2+的分子印迹棉(Cu2+-MIC)。在吸附蛋白质的过程中,Cu2+与蛋白质形成配位键,使印迹材料有更高的吸附能力和更好的稳定性。在与MIC吸附BHb相同的环境下,Cu2+-MIC对BHb的吸附量高达140.33 mg/g,印迹因子为7.91,相比MIC有了明显提升。
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