[发明专利]一种利用分子印迹技术制备PFOA吸附材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于吸附法去除水中新型污染物的技术领域，具体涉及利用分子印迹技术(Molecular imprinting technique，MIT)，以全氟辛酸(Perfluorooctanoic acid，PFOA)为模板，丙烯酰胺(Acrylamide，AAM)为功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯(Ethylene glycol dimethacrylate，EDMA)为交联剂，于乙腈溶液中经热引发聚合生成聚合物，形成对水环境中PFOA具有选择性吸附能力的新型吸附材料。

背景技术

全氟化合物(Perfluorinated compounds，PFCs)具有化学惰性和耐热性等优良性能，可作为塑料添加剂、润滑剂、阻燃剂、抑制剂、表面活性剂等，自20世纪50年代起就在工业生产及生活领域被广泛使用，随着其生产和使用，大量PFCs被释放到环境中。因此，其目前已在各种环境介质中被广泛检出，成为备受关注的一种污染物。研究发现PFOA是各种环境介质中检出频率最高的一种PFCs。PFOA在水溶液中通常以阴离子形式存在，在水中的溶解度高达3400mg/L，容易在各种水体中存在，造成地表水、地下水甚至饮用水等各种水体的污染。PFOA可能引起生物各层次的毒性效应，包括内分泌干扰性、对胎儿晚期发育的影响、对免疫系统的抑制作用和对线粒体代谢的干扰等等，因而对人类的健康具有极大的威协。含有高浓度PFOA的废水一旦进入到环境中，必将对环境以及人类健康造成严重且长期危害。因此亟需开展对水中PFOA去除技术的开发。

作为一种新型污染物，PFOA的研究目前主要集中在环境介质中污染状况的调查分析及毒性研究，对PFOA的去除技术研究不多。研究表明，PFOA具有很强的抗氧化活性，不能被高级氧化法去除。吸附法是去除水环境中有机污染物的最常用方法之一。由于实际水环境中含有多种共存的阴离子有机污染物，且浓度通常远远高于PFOA，传统吸附剂由于不具有选择吸附性能，不能高效的去除水环境中的PFOA。因此需要开发对PFOA具有高度选择性的吸附材料。

分子印迹技术是指以某一特定的目标分子为模板，制备对该分子具有特异选择性聚合物的过程。首先模板分子与功能单体在致孔剂中通过共价或非共价作用力相互作用，形成超分子复合物；然后加入交联剂和引发剂，在光或热等作用下引发聚合，形成三维立体聚合物；最后用适当的方法把模板分子从聚合物中洗脱出来，便形成了具有与模板分子空间构型匹配空穴的分子印迹聚合物(Molecular imprinted polymers，MIPs)，能特异性识别模板分子及其类似物。分子印迹技术是近一段时期高速发展的一门新兴技术，它有构效预定性、特异识别性，广泛适用性等突出优点；广泛应用于生物提纯、污染物分离和检测等领域，且应用研究领域正在不断扩大。MIPs作为一种对特定目标化合物具有专一识别能力的高分子材料，由于具有制备简单、成本低廉、功能可以设计、坚固耐用等特点，非常适用于复杂体系中目标化合物的去除、选择性分离与分析。利用分子印迹技术制备以PFOA为模板的分子印迹聚合物PFOA-MIPs能够对环境中PFOA进行高效的选择性去除，对改善水环境中PFOA污染起到重要的作用。

发明内容

本发明是从吸附法去除水环境中PFOA需求出发，利用分子印迹技术制备对PFOA具有高度选择吸附性能的新型吸附材料。制备过程分别以PFOA为模板，AAM为功能单体，EDMA为交联剂，采用沉淀聚合方法制得对水环境中PFOA具有高度选择吸附能力的PFOA-MIPs。与活性炭和离子交换树脂等常用的吸附剂相比，本研究中制备的分子印迹吸附剂不仅具有良好的吸附选择性，同时具有良好的脱附再生性能。对处理某些含有高浓度PFOA的废水具有潜在的应用前景。主要包括以下步骤：

第一步：制备条件优化。单因素实验法考察优化MIPs制备条件，优化反应溶剂；选择不同功能单体，对不同条件下合成的MIPs的吸附性能进行比较，筛选较优单体与交联剂；对反应物的配比进行研究，按照模板/单体/交联剂不同比例进行优化，确定最佳反应配比。结果表明最佳合成条件为在每0.0414g模板分子需要在10mL乙腈溶剂中进行聚合反应，单体选择丙烯酰胺，模板/单体/交联剂的最佳反应配比为1∶6∶25。

第二步：PFOA-MIPs预聚合溶液制备。按照第一步优化的条件分别将0.0414g模板化合物PFOA，0.0426g的功能单体AAM溶于装有10mL乙腈的50mL磨口具塞锥形瓶中，恒温振荡4h，形成预聚合溶液。