[发明专利]聚丙烯腈基-羟基脲螯合纤维及其合成方法和应用

说明书

本发明公开了一种聚丙烯腈基‑羟基脲螯合纤维，其结构式为：本发明还同时公开了其合成方法，包括以下步骤：在溶剂中加入聚丙烯腈纤维(作为母体)、羟基脲(作为配体)和碳酸钠，于微波条件下加热至110～140℃反应5～20min；所得的聚合物用去离子水冲洗，干燥，得到聚丙烯腈基‑羟基脲螯合纤维。本发明还同时公开了上述聚丙烯腈基‑羟基脲螯合纤维的用途：选择性吸附Cu(Ⅱ)；用于检测蔬菜中Cu(Ⅱ)含量。

技术领域

本发明属于化学技术领域，具体涉及到一种聚丙烯腈基-羟基脲螯合纤维及其合成方法和应用。

背景技术

铜在植物的生长过程中起着十分重要的作用，铜参与了植物二氧化碳同化作用和ATP合成，同时组成了植物所需的蛋白质。如果植物从土壤中吸收过量铜离子，会对植物的生理生化过程造成危害，诱导植物光合作用、呼吸作用、酶活性、DNA和膜的完整性的改变，导致其失去原有的结构和功能。还会使植物生长迟缓或停止。铜对人的危害主要是蓄积在人体内的铜，会导致肝、肾受损，甚至会引发阿尔茨海默症，这些患者脑部组织中的铜离子浓度高于正常人数倍。

鉴于食品中重金属污染的危害，国家出台了GB 2762-2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》规定了食品中重金属的含量标准，严格控制食品重金属污染。检测食品中的重金属就成了执行标准的重要措施，目前已经有多种方法适用于检测食品中的重金属，包括分光光度法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱、电感耦合等离子体原子发射光谱法等。但这些方法存在设备昂贵，操作复杂，对样品要求高等缺点。

上述方法中，分光光度法的缺点是检测限高，易被其他金属离子干扰。如果在进行分光光度法检测之前，可以把待测金属离子有选择性地富集起来，就解决了这两个缺点，这一技术的关键就在于如何把金属离子分离富集，一个良好的分离富集材料需要符合吸附速度快，选择性好，洗脱率高这三点要求。

螯合纤维是指具有配位功能的纤维，将含有N、O、P、S等元素的配体接枝在纤维上，这些原子能够与重金属离子的配位从而吸附重金属离子。常见的功能纤维母体有聚丙烯腈纤维、聚氨酯纤维、聚乙烯醇纤维、纤维素纤维等。由于纤维的直径小、比表面积大；其特殊的物理形态使其与吸附质有较大的接触面积与较小流体阻力，不仅吸附速率快，容量大，而且容易脱附，对于痕量重金属离子的吸附也十分有效。因此，螯合纤维材料在分离富集重金属方面具有很强的应用性。

常规的螯合纤维制备方法有传统加热法和辐照接枝法，目前传统加热法的使用比较普遍，使用水浴、油浴或电热套将反应物和溶剂共同加热搅拌，这种方法的合成时间普遍较长，会消耗相对多的水和电。辐照接枝法是利用高能辐射对纤维母体照射，在母体骨架上形成若干活性点，然后将配体通过接枝反应与纤维结合，但辐照法对仪器要求很高，价格昂贵。微波辅助法是制备螯合纤维的一种新方法，微波指频率为0.3～300GHz的电磁波，波长范围为1mm～1m。微波本身无法引起化学键破坏，但可以对极性物质加热，使极性分子重新排列，由于分子间摩擦和介电消耗，将电能转化为热能，从而实现对反应体系的内部和整体加热，升温更迅速，令反应时间大大缩短。目前，大部分螯合纤维的制备步骤较多，缺乏更简单的制备方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种聚丙烯腈基-羟基脲螯合纤维及其合成方法和应用。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种聚丙烯腈基-羟基脲螯合纤维，其结构式为：

本发明还同时提供了上述聚丙烯腈基-羟基脲螯合纤维的合成方法，包括以下步骤：

1)、以聚丙烯腈纤维为母体，以羟基脲作为配体；

在溶剂中加入聚丙烯腈纤维、羟基脲和碳酸钠，于微波条件下加热至110～140℃反应5～20min；

聚丙烯腈纤维的功能基-C≡N：羟基脲＝1:2～5的摩尔比；

聚丙烯腈纤维的功能基-C≡N：碳酸钠＝1:1～4的摩尔比；