表面印迹聚苯胺/凹凸棒纳米复合材料对重金属离子的吸附和识别行为研究

采用功能性大分子对价廉的无机原料进行表面接枝改性，使功能基团的浓集效应与无机微粒的机械强度及低成本相结合，是制备复合型功能吸附材料的重要途径。本课题的研究工作从对吸附材料化学结构设计出发，提出了一种新的基于凹凸棒表面修饰制备离子印迹聚合物的方法，采用"graft to"的接枝方法，先将聚苯胺（PANI）大分子或其衍生物偶合接枝到凹凸棒单晶表面,然后以重金属离子为模板离子，利用交联剂，通过配位键作用，实施了离子印迹聚胺，制备了复合型离子印迹材料，将聚苯胺及其衍生物对重金属离子的强络合特性与凹凸棒的高比表面、低成本及优良的机械性能相结合, 这种新型的重金属离子-PANI/ATP为模型体系制备的表面离子印迹聚合物可为环境水样、土壤、基体干扰严重的实际样品的前处理及选择性分离富集生物毒性显著的重金属离子提供一种固相萃取新材料，从而扩大离子印迹聚合物在天然凹凸棒吸附剂改性中的应用。

本项目研究从对吸附材料化学结构设计出发，提出了一种基于凹凸棒（ATP）黏土表面修饰制备离子印迹聚合物的方法。采用“graft to”接枝方法，将含有功能基团的聚苯胺（PANI）或其衍生物偶合接枝到凹凸棒黏土（ATP）表面，然后以重金属离子为模板离子，利用交联剂，通过配位键作用，制备Ni(II)-PANI/ATP、Cu(II)-PANI/ATP、Cr(VI)-PANI/ATP等一类新型印迹聚合物，对决定重金属离子高吸附性能的导电聚合物的主要结构特征和凹凸棒表面印迹聚合物对重金属离子识别性吸附机理进行了深入研究。研究结果表明：此类复合材料将聚苯胺对重金属离子的强络合特性与凹凸棒的高比表面、优良的机械性能相结合，对重金属离子具有较高的吸附容量和选择性。Ni(II)-PANI/ATP对Ni2+具有较强的选择吸附性，最大吸附容量可达123.61mg g-1，Ni2+/Cu2+，Ni2+/Hg2+和Ni2+/Cr2O72体系相对选择吸附系数分别为80.94，31.68 和5.29。柠檬酸掺杂的Ni(II)-PANI/ATP印迹聚合物对Ni2+的吸附性能和选择性均高于盐酸掺杂的印迹聚合物，其Ni2+/Cu2+，Ni2+/Hg2+和Ni2+/Cr2O72-体系相对选择吸附系数分别为82.18，40.13和15.31。Cu(Ⅱ)-PANI/ATP印迹聚合物对Cu(Ⅱ)的吸附热力学符合Freundlich等温吸附方程，最大吸附量可达32.0 mg g-1，其对Cu(Ⅱ)的选择性为非印迹聚合物的2倍以上，重复使用6次后，吸附率仍达82.2%。Cr(VI)-PANI/ATP印迹聚合物对Cr(VI)的吸附热力学符合Langmuir等温吸附方程，最大吸附量为13.49 mg g-1。印迹聚合物对Cr(VI)的选择性是非印迹聚合物的3倍。另外本项目还将含有功能基团的聚苯胺、聚吡咯（PPy）、聚丙烯酰胺（PAM）等大分子引入凹凸棒黏土中，制备两相间以共价键结合PANI/ATP、PPy/ATP、PAM/ATP等纳米复合材料，系统研究ATP的表面改性和聚合物结构对重金属离子、有机色素等污染物吸附性能的影响。最后为了进一步分析金属离子与聚苯胺结构特征之间的关系，利用过渡金属离子对PANI进行电化学掺杂改性可调控其微观结构和导电性能，研究了离子与PANI分子链之间的作用机理以及与复合材料电容之间的关系。