微乳液模板法制备色氨酸分子印迹膜及其性能研究

论文摘要

本文将微乳液聚合和分子印迹技术相结合，提出微乳液模板法制备分子印迹膜（MIM）的新方法。采用L-色氨酸（L-trp）为模板分子，以双连续相微乳液为孔穴模板，并在较低温下引发聚合制备MIM。考察了影响MIM选择吸附性能和膜孔结构的因素，研究MIM的膜孔形态及分离过程识别机理。对微乳液拟三元相图和电导率研究，发现L-trp和丙烯酰胺（AM）对体系具有助乳化效果，且L-trp有助于双连续相微乳液的形成。油相单体中MMA/BA的比对反相微乳液区影响较大。确定微乳液印迹体系为MMA-BA/AA/H2O/L-trp，体系通过KPS/TMEDA氧化还原引发剂引发聚合成膜，考察了影响MIM的选择吸附性能和膜孔结构的因素。结果表明，交联剂EGDMA的加入，能维持MIM的印迹孔穴形态和膜孔结构的稳定性。随着微乳液印迹体系中水相分率的提高，MIM的吸附量Q和水通量F增加，但水相分率过高容易引起聚合过程发生的微观相分离，导致MIM中的印迹层和膜孔结构的破坏。AA与MIM结合位点和膜孔大小密切相关，AA含量过多会降低选择吸附性能和水通量，AA/MMA-BA比控制在2.5，既能维持微乳液聚合的稳定性，同时又能确保MIM较好的性能。MMA能够维持印迹孔穴的刚性结构，但MMA含量过多则会影响孔穴的空间构型。随着L-trp增加，MIM的水通量F提高，但过量L-trp使印迹位点的利用率下降，选择吸附性能相应下降。所以，当EGDMA的含量在2.0%，水相分率为40%，AA/MMA-BA为2.5，MMA/BA为2.0，L-trp含量为0.9%时，分离因子α和水通量F较大，表现为较佳的选择识别性能和膜孔结构。通过SEM观察，MIM的孔道维持了双连续相的海绵状孔道结构。MIM的膜孔径和对L-trp的渗透量随着水相分率的提高都增大。MIM对L-trp吸附在120min内可达到吸附平衡，结合MIM渗透过程和红外谱图分析，发现L-trp与MIM中的结合位点存在氢键作用，且MIM对L-trp的渗透是一个优先吸附并逐步透过的过程。MIM耐酸性能较好，但耐碱性较差，在碱溶液中发生不可逆溶胀。热重结果表明MIM具有较好的热稳定性。MIM在2050℃的热处理会引起膜的致密，渗透性能降低；但温度达60℃则会引起膜孔结构的破坏。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 简称说明
• 第一章 绪论
• 1.1 分子印迹技术
• 1.1.1 分子印迹技术简介
• 1.1.2 分子印迹技术原理和制备方法
• 1.1.3 分子印迹聚合物的特点
• 1.2 分子印迹膜（MIM）技术
• 1.2.1 膜分离技术
• 1.2.2 分子印迹膜简介
• 1.2.3 分子印迹膜的种类
• 1.2.4 分子印迹膜的制备方法
• 1.2.4.1 原位聚合法
• 1.2.4.2 相转化法
• 1.2.4.3 化学接枝法
• 1.2.4.4 电化学法
• 1.2.5 分子印迹膜的识别传质机理
• 1.2.6 分子印迹膜的应用与发展趋势
• 1.3 微乳液聚合技术
• 1.3.1 微乳液简介
• 1.3.2 双连续相微乳液聚合技术
• 1.3.2.1 聚合特点
• 1.3.2.2 影响聚合的因素
• 1.3.3 微乳液聚合在分离膜中的应用
• 1.4 课题意义和主要思想
• 1.4.1 课题的研究意义及研究内容
• 1.4.2 本研究的创新点
• 第二章 微乳液印迹体系的构建及成膜工艺条件的探讨
• 2.1 前言
• 2.2 仪器与药品
• 2.2.1 试剂与仪器
• 2.2.2 药品精制
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 拟三元相图的绘制
• 2.3.2 电导率的测定
• 2.3.3 微乳液模板法制备 L-trp 分子印迹膜
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 微乳液印迹体系的构建
• 2.4.1.1 微乳液印迹体系拟三元相图
• 2.4.1.2 微乳液印迹体系电导率分析
• 2.4.1.3 油相单体对微乳液印迹体系相行为的影响
• 2.4.1.4 丙烯酰胺对微乳液印迹体系相行为的影响
• 2.4.1.5 L-trp 对微乳液印迹体系相行为的影响
• 2.4.2 微乳液印迹体系成膜工艺条件的探讨
• 2.4.2.1 脱模剂种类对体系成膜性能的影响
• 2.4.2.2 引发剂种类及用量的确定
• 2.4.2.3 L-trp 用量对体系成膜性能的影响
• 2.4.3 分子印迹膜洗脱工艺的确定
• 2.5 本章小结
• 第三章 色氨酸分子印迹膜的制备
• 3.1 前言
• 3.2 仪器与药品
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 浓度-荧光强度标准曲线的绘制
• 3.3.2 MIM 吸附与识别性能的测定
• 3.3.3 MIM 水通量 F 的测定
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 功能单体的选择
• 3.4.2 MIM 的印迹效果
• 3.4.3 MIM 性能影响因素的考察
• 3.4.3.1 交联剂用量对 MIM 性能的影响
• 3.4.3.2 水相分率对 MIM 性能的影响
• 3.4.3.3 AA/MMA-BA 比值对 MIM 性能的影响
• 3.4.3.4 L-trp 用量对 MIM 性能的影响
• 3.4.3.5 MMA/BA 比例对 MIM 性能的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 色氨酸分子印迹膜结构表征与性能研究
• 4.1 前言
• 4.2 仪器与药品
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 MIM 的形貌和孔径分析
• 4.3.1.1 MIM 扫描电子显微镜（SEM）分析
• 4.3.1.2 膜厚和孔隙率的测定
• 4.3.1.3 平均孔径的测定
• 4.3.2 MIM 分离性能的测试
• 4.3.2.1 MIM 渗透量的测定
• 4.3.2.2 MIM 渗透率的测定
• 4.3.3 MIM 的红外光谱分析
• 4.3.4 MIM 的热重分析
• 4.3.5 热处理对 MIM 的渗透性能的影响
• 4.3.6 酸碱处理对 MIM 渗透性能的影响
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 MIM 的形貌和孔径分析
• 4.4.1.1 MIM 形貌分析
• 4.4.1.2 MIM 孔径分析
• 4.4.2 MIM 的渗透性能测试
• 4.4.3 MIM 吸附和渗透过程分析
• 4.4.4 MIM 的红外扫描
• 4.4.5 MIM 的热重分析
• 4.4.6 热处理对 MIM 渗透性能的影响
• 4.4.7 酸碱处理对 MIM 渗透性能的影响
• 4.5 本章小结
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 在硕士研究生期间发表的学术论文