铅印迹壳聚糖聚合物的制备和应用毕业设计论文.docx

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铅印迹壳聚糖聚合物的制备和应用毕业设计论文

毕业设计（论文）

专业：

环境工程

题目：

Pb离子印迹壳聚糖微球的制备

及识别性能的研究

毕业论文（设计）原创性声明

本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。

对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。

作者签名：

日期：

毕业论文（设计）授权使用说明

本论文（设计）作者完全了解**学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。

有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。

学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。

保密的论文（设计）在解密后适用本规定。

作者签名：

指导教师签名：

日期：

日期：

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

3）其它

安徽工程大学

本科毕业设计（论文）任务书

2012届生物与化学工程学院

环境工程专业

学生姓名：

杨超

Ⅰ毕业设计（论文）题目

中文：

Pb2+离子印迹壳聚糖微球的制备及识别性能的研究

英文：

PreparationandRecognitionpropertyofironimprintedchitosanmicrospheresofPb2+

Ⅱ原始资料

（1）《壳聚糖印迹分子吸附性能的研究进展》王丽丽，林强（北京联合大学生物化学工程学院，北京100023）化学世界第8期

（2）《Cu2+印迹杂化膜的制备、表征及其吸附特性优化》叶连斌,陶玉贵,汪耀明,王承芳,潘军（安徽工程科技学院生物化学工程系,安徽芜湖241000）安徽工程科技学院学报第22卷第4期2007年12月。

（3）《Pb2+印迹杂化膜的制备、表征及其吸附性能研究》王　强,陶玉贵,李鹤飞,刘海涛,陈静颖（安徽工程科技学院生化工程系,安徽芜湖　241000）安徽工程科技学院学报第23卷第4期2008年12月。

（4）《多孔壳聚糖微球的制备研究》李志洲,刘军强（1.陕西理工学院化学与环境科学学院,陕西汉中723000;2.哈密市伊吾县高级中学,新疆伊吾839300）淮阴师范学院学报（自然科学版）第6卷第3期2007年8月

（5）《交联壳聚糖微球树脂对Cu（Ⅱ）的吸附动力学研究》党明岩,包壮（1.沈阳理工大学环境与化学工程学院,辽宁沈阳110159;2.红塔辽宁烟草有限责任公司,辽宁沈阳110001）沈阳理工大学学报第29卷第1期2010年2月

（6）《壳聚糖微球对Pb2+的吸附性能研究》王珊（咸阳师范学院化学系，陕西咸阳712000）咸阳师范学院学报第23卷第6期2008年11月

Ⅲ毕业设计（论文）任务内容

1、课题研究的意义

分子印迹技术（molecularimprintingtechnique，MIT）是指制备对某一特定的目标分子（模板分子、印迹分子或烙印分子）具有特异选择性的聚合物的技术，通过这种技术制备的聚合物称为分子印迹聚合物（molecularlyimprintedpolymers，MIPs）。

分子印迹技术之所以如此吸引人们研究与开发的兴趣，主要是因为它有三个非常显著的特点：

构效预定性、特异识别性和广泛实用性。

与传统的分离或分析介质相比，MIPs的突出特点是对被分离物具有高度的选择性。

另外分子印迹聚合物还具有稳定的物理化学特性和机械性能，能耐高温、高压，抵抗酸、碱、高浓度离子及有机溶剂的作用，并可以反复使用。

近十年来，MIPs在诸如仿生传感器、固相萃取、药物分析、色谱分析与分离、膜分离、模拟酶催化等方面均呈现出良好的应用前景，有望在生物工程、临床医学、天然药物、食品工业、环境监测等行业得到广泛应用。

同时分子印迹技术对于研究酶的结构、认识受体-抗体作用机理等方面具有非常重要的学术价值。

壳聚糖（CTS）是天然多糖中唯一的碱性多糖，具有许多独特的生物学功能如：

亲水性、生物相容性和生物可降解性，其降解产物对人体健康无害。

被广泛应用于医学、食品、生物工程和纺织等领域。

在医药工业中，由壳聚糖制得的手术缝合线机械强度好，可长期存放，能用常规方法消毒，能被人体内组织液降解而吸收，伤口愈合后无须拆除手术线，免除了患者拆线的痛苦。

在食品工业中，壳聚糖及其衍生物具有很强的抑菌、保鲜作用，而且对人体无任何不良作用，是一种理想的保鲜和防腐剂。

在纺织工业中，用壳聚糖醋酸溶液作直接染料和硫化染料的固化剂，不仅可以增进织物和花布的耐光和耐磨性，而且可使织物富有滑爽和硬挺的外观。

2、本课题研究的主要内容：

（1）、查阅有关文献资料。

熟悉壳聚糖的理化性质、壳聚糖溶液的制备、壳聚糖微球的制备，交联壳聚糖制备方法，了解壳聚糖微球的应用进展。

（2）、掌握分子印迹技术的基本原理及实验方法。

（3）、确定实验方案，包括制备方法和识别实验。

（4）、制备Pb离子印迹壳聚糖微球和非印迹微球；

（5）、Pb离子印迹壳聚糖微球的性能实验，包括吸附等温线、印迹效果、选择性、吸附动力学、再生性能。

（6）、实验数据的分析和处理，撰写毕业论文。

3、提交的成果：

（1）毕业设计（论文）正文；

（2）至少一篇引用的外文文献及其译文；

（3）附不少于10篇主要参考文献的题录及摘要。

指导教师（签字）

教研室主任（签字）

批准日期

接受任务书日期

完成日期

接受任务书学生（签字）

Pb2+离子印迹壳聚糖微球的制备及识别性能的研究

摘要

分子印迹技术是指制备对某一特定的目标分子（模板分子、分子印迹或烙印分子）具有特异选择性的聚合物的技术，通过这种技术制备的聚合物称为分子印迹聚合物，其突出特点是对被分离物具有高度的选择性。

另外分子印迹聚合物还具有稳定的物理化学特性和机械性能，能耐高温、高压，抵抗酸、碱、高浓度离子及有机溶剂的作用，并可以反复使用。

壳聚糖是天然多糖中唯一的碱性多糖，其分子中存在氨基、羟基及部分酰氨基，能够选择性地配位或吸附一些金属离子，尤其是对过渡金属离子具有较好的螯合能力，并且无毒、无污染，在医药、水处理及环保等方面的应用已受到广泛的重视。

本文以Pb2+离子为模版，壳聚糖为单体，戊二醛为交联剂，液体石蜡和吐温-80为油相，印迹与非印记的壳聚糖醋酸溶液为水相，采用反向乳液法制备非印迹壳聚糖和Pb2+印迹壳聚糖微球聚合物。

研究比较二者的吸附等温线和吸附动力学，以及Pb2+印迹壳聚糖微球聚合物的印迹效果，选择性及再生性能。

其结果表明：

①非印迹和Pb2+印迹壳聚糖微球吸附Pb2+离子都符合Langmuir吸附等温线。

②Pb2+印迹壳聚糖微球聚合物能识别模板Pb2+离子，在浓度为100mg/L时，印迹因子α值最大，表示此时表现的印迹效果最好。

在温度为40℃，pH为3时，非印迹壳聚糖微球的饱和吸附容量为27.85mg/g，Pb2+印迹壳聚糖微球的饱和吸附容量为51.42mg/g，后者的饱和吸附容量接近前者的两倍，并且吸附能力强。

③非印迹壳聚糖微球和Pb2+印迹壳聚糖微球吸附Pb2+离子都符合一级动力学吸附方程。

④Pb2+印迹壳聚糖微球聚合物对模板Pb2+离子具有特异选择性，在低浓度时较高，随着浓度的升高而逐渐降低。

⑤Pb2+印迹壳聚糖微球吸附性能稳定在三个使用周期左右，第四次时平衡吸附容量稍微下降一些。

并且，至少可以循环利用7~8次。

关键词：

分子印迹，壳聚糖，Pb2+离子，吸附等温线，吸附动力学，印迹效果，选择性，再生性能

PreparationandRecognitionpropertyofironimprintedchitosanmicrospheresofPb2+

Abstract

Molecularimprintingtechniquereferstothepreparationofaspecifictargetmolecules（templatemolecules,molecularimprintingorimprintedmolecule）isaspecificselectivepolymertechnology,thistechnologyforpreparingpolymercalledmolecularimprintingpolymer,itsoutstandingcharacteristicistoisolatewithhighselectivity.Inadditiontomolecularlyimprintedpolymersalsohasstablephysicalandchemicalpropertiesandmechanicalproperties,hightemperature,highpressure,resistancetoacid,alkali,highconcentrationofionsandorganicsolvents,andcanbeusedrepeatedly.Chitosanisanaturalpolysaccharideonlyalkalipolysaccharide,themoleculesinthepresenceofamino,hydroxylandamide,capableofselectivelycoordinationoradsorptionofseveralmetalions,especiallyfortransitionmetalionshasgoodchelatingability,andnon-toxic,nopollution,inmedicine,watertreatmentandenvironmentalprotectionetc.theapplicationhasbeenwidespreadattention.

BasedonthePb2+ionasatemplate,chitosanasmonomer,glutaraldehydeascrosslinkingagent,liquidparaffinandTwain-80asoilphase,imprintingandnonimprintedchitosanaceticacidsolutionasthewaterphase,usingareverseemulsionpreparationofnonimprintedchitosanandPb2+ImprintingChitosanMicrospherepolymer.Studyingandcomparingthetwoadsorptionisothermsandadsorptionkinetics,aswellasPb2+ImprintingChitosanMicrospherespolymerimprintingeffect,selectiveandregenerationperformance.Theresultsshowedthat:

①theERNandPb2+ImprintingChitosanMicrospheresadsorbingPb2+ionsareconsistentwiththeLangmuiradsorptionisotherm.②Pb2+ImprintingChitosanMicrospherespolymerrecognitiontemplatePb2+ion,ataconcentrationof100mg/L,imprintingfactorαvaluemaximum,saidthismanifestationofimprintingeffectbest.Atthetemperatureof40℃,pH3,nonimprintedchitosanmicrosphereadsorptioncapacityfor27.85mg/g,Pb2+ImprintingChitosanMicrospheresforsaturatedadsorptioncapacityis51.42mg/g,thesaturatedadsorptioncapacityclosetotwotimesthatoftheformer,andstrongadsorptioncapacity.③nonimprintedchitosanmicrospheresandPb2+ImprintingChitosanMicrospheresadsorbingPb2+ionsareconsistentwithafirst-orderkineticadsorptionequation.④Pb2+ImprintingChitosanMicrospherespolymertemplatePb2+ionhasaspecificselectivity,atlowconcentrationswerehigher,withtheconcentrationincreasedanddecreasedgradually.ThePb2+imprintingchitosanmicrosphereadsorptionperformanceandstabilityinthethreecycle,fourthtimestheequilibriumadsorptioncapacityslightlydecreasednumberof.And,atleastitcanberecycled7~8.

Keywords:

molecularimprinting,chitosan,Pb2+ion,adsorptionisotherms,adsorptionkinetics,imprintingeffect,selective,regenerationperformance.

插图清单

表格清单

引言

分子印迹技术（molecularimprintingtechnique，MIT）是指制备对某一特定的目标分子（模板分子、分子印迹或烙印分子）具有特异选择性的聚合物的技术，通过这种技术制备的聚合物称为分子印迹聚合物（molecularlyimprintedpolymers，MIPs）。

分子印迹技术之所以如此吸引人们研究与开发的兴趣，主要是因为它有三个非常显著的特点：

构效预定性、特异识别性和广泛实用性。

与传统的分离或分析介质相比，MIPs的突出特点是对被分离物具有高度的选择性。

另外分子印迹聚合物还具有稳定的物理化学特性和机械性能，能耐高温、高压，抵抗酸、碱、高浓度离子及有机溶剂的作用，并可以反复使用。

近十年来，MIPs在诸如仿生传感器[1]、固相萃取[2]、药物分析[3]、色谱分析与分离[4]、膜分离[5]、模拟酶催化[6]等方面均呈现出良好的应用前景，有望在生物工程、临床医学、天然药物、食品工业、环境监测等行业得到广泛应用。

同时分子印迹技术对于研究酶的结构、认识受体-抗体作用机理等方面具有非常重要的学术价值。

壳聚糖（CTS）是天然多糖中唯一的碱性多糖，具有许多独特的生物学功能如：

亲水性、生物相容性和生物可降解性，其降解产物对人体健康无害。

被广泛应用于医学、食品、生物工程和纺织等领域。

在医药工业中，由壳聚糖制得的手术缝合线机械强度好，可长期存放，能用常规方法消毒，能被人体内组织液降解而吸收，伤口愈合后无须拆除手术线，免除了患者拆线的痛苦。

在食品工业中，壳聚糖及其衍生物具有很强的抑菌、保鲜作用，而且对人体无任何不良作用，是一种理想的保鲜和防腐剂。

在纺织工业中，用壳聚糖醋酸溶液作直接染料和硫化染料的固化剂，不仅可以增进织物和花布的耐光和耐磨性，而且可使织物富有滑爽和硬挺的外观。

本课题旨在熟悉壳聚糖的理化性质、壳聚糖溶液的制备、壳聚糖微球的制备，交联壳聚糖制备方法，了解壳聚糖微球的应用进展。

掌握分子印迹技术的基本原理及实验方法。

研究Pb2+离子印迹壳聚糖微球的性能实验，包括吸附等温线、印迹效果、选择性、吸附动力学，并与非印迹壳聚糖微球在吸附等温线和吸附动力学方面做对比。

本文通过分子印迹技术制备出的壳聚糖分子印迹聚合物，在吸附性能和方面有很大程度的提高。

此次设计的研究成果可以应用在处理矿物加工、金属镀膜等工业废水中含有少量的铅（II）金属离子，满足严格的环境质量标准的要求，为人类创造出美好的生活环境。

第1章综述

铅（II）是一种无机环境激素，在人体内聚集到一定程度就会影响人的正常代谢活动，对人体造成严重危害，而矿物加工、金属镀膜等工厂的工业废水中常常含有少量的铅（II）金属离子，会对人体造成一定的危害。

为满足越来越严格的环境质量标准的要求，必须采用物理方法去除污水中的重金属离子，而壳聚糖分子中存在氨基、羟基及部分酰氨基，能够选择性地配位或吸附一些金属离子，尤其是对过渡金属离子具有较好的螯合能力，并且无毒、无污染。

本文通过分子印迹技术制备出的壳聚糖分子印迹聚合物，在吸附性能和方面有很大程度的提高。

本课题的研究成果可以应用在处理矿物加工、金属镀膜等工业废水中含有少量的铅（II）金属离子，满足严格的环境质量标准的要求，为人类创造出美好的生活环境。

1.1壳聚糖与分子印迹技术

1.1.1壳聚糖及其应用简介

壳聚糖（CTs）是天然多糖中唯一的碱性多糖，具有许多独特的生物学功能如：

亲水性、生物相容性和生物可降解性，其降解产物对人体健康无害。

被广泛应用于医学、食品、生物工程和纺织等领域。

在医药工业中，由壳聚糖制得的手术缝合线机械强度好，可长期存放，能用常规方法消毒，能被人体内组织液降解而吸收，伤口愈合后无须拆除手术线，免除了患者拆线的痛苦。

在食品工业中，壳聚糖及其衍生物具有很强的抑菌、保鲜作用，而且对人体无任何不良作用，是一种理想的保鲜和防腐剂。

在纺织工业中，用壳聚糖醋酸溶液作直接染料和硫化染料的固化剂，不仅可以增进织物和花布的耐光和耐磨性，而且可使织物富有滑爽和硬挺的外观。

1.1.2分子印迹技术的基本原理和发展概况

1.1.2.1分子印迹技术的基本原理

分子印迹技术（molecularimprintingtechnique，MIT）是指制备对某一特定的目标分子（模板分子、分子印迹或烙印分子）具有特异选择性的聚合物的技术，通过这种技术制备的聚合物称为分子印迹聚合物（molecularlyimprintedpolymers，MIPs）

模板分子与一种或几种功能单体在适当的溶剂中形成具有多重作用位点的单体-模板分子复合物，经交联剂聚合后得到聚合物母体。

之后，通过物理或化学途径将母体中的模板分子去除，最终得到分子印迹聚合物（MIPs）。

MIPs中存在与模板分子在空间构型和结合位点上相匹配的，具有多重作用点的三维空穴，这样的三维空穴可以选择性地重新与模板分子结合，即对模板分子具有专一性识别作用。

根据识别位点的完整性、稳定性以及是否容易到达，可将位点分为不同类型。

底物易于到达中孔和大孔的位点，在小孔位点中扩散较慢，某些包埋在聚合物内部的位点目标分子是无法到达的。

如果聚合时模板分子用量过大，就会形成聚结的位点，这样的识别位点相互重叠，完整性不好。

如果单体用量过大，会导致大量功能基团在聚合物中随机分布，形成非特异性识别位点。

按照单体与模板分子结合方式的不同，MIPs可由三类印迹技术合成：

（1）非共价法：

又称自组装法，合成过程中模板分子与功能单体之间以非共价键自发形成单体-模板复合物，在识别过程中目标分子与MIPs的重新结合也通过非共价键作用完成。

常用的非共价作用有氢键、静电引力、金属螯合作用、电荷移动、输水作用及范德华力等。

该合成法相对简单，最为常用。

（2）共价法：

又称预组织法，MIPs合成和识别过程都依赖于模板分子与功能基间可逆的共价键。

在合成过程中，模板分子与功能单体间的共价键必须在聚合反应之前形成。

迄今使用的共价结合作用的物质包括硼酸酯、希夫碱、缩醛酮等。

由于共价键作用力较强，识别速度慢，难以达到热力学平衡，因此不适于快速识别。

此外,有限的可逆化学反应,也限制了此法的普遍适用性,加之印迹过程复杂，因此共价法发展较慢。

（3）半共价法：

该方法是前两种方法的综合，合成反应中单体与模板分子之间的作用力是共价键，而识别过程中，目标分子与MIPs的作用是非共价的。

用这种方法成功制备了去甲替林（nortriptyline）、睾丸酮（nandrolone）、2，6-二异丙基苯酚（2,6-diisopropylphenol）的印迹聚合物。

该方法同时具有共价印迹聚合物专一性强和非共价印迹聚合物操作条件温和的优点。

1.1.2.2分子印迹技术的发展概况

该技术是受到Pauling的“抗原-抗体”作用学说以及Dickey的“专一性吸附”理论的启发建立起来的。

早在20世纪40年代，著名的诺贝尔奖获得者Pauling就提出了以抗原为模板合成抗体的理论，虽然这一理论被后来的“克隆选择理论”所推翻，但还是为分子印迹的发展奠定了一定的理论基础。

1949年，Dickey在制备硅胶吸附剂时提出了“专一吸附性”的概念，被视为“分子印迹”的萌芽，这一学术思想在此后很长的一段时间内并未引起人们足够的重视。

直到1972年德国的Wulff研究小组首次报道了人工合成的分子印迹聚合物，分子印迹才得到学术界和工业界越来越多的关注。

1993年瑞典Lund大学的Mosbach等在《Nature》上发表有关茶碱分子印迹聚合物的研究报道后，分子印迹技术开始成为国内外的研究热点。

1997年在Lund大学成立了国际性学术组织——分子印迹学会，宗旨是“致力于