基于氢键识别分子印迹聚合物的气相吸附研究

本项目主要研究尼古丁印迹聚合物对气态模板分子及其结构类似物的亲和行为，探讨聚合物孔结构、专一性识别位点及温度压力与分子印迹气相重键的关系，并与液相识别行为进行对比；通过吸附研究，构建分子印迹聚合物气相吸附模型；考察大小、形状及功能基匹配性对分子印迹气相选择识别性能的影响；探究尼古丁印迹聚合物作为气相色谱固定相的保留特性及色谱分离效能，开展尼古丁印迹柱对烟气真样及空气中尼古丁的选择富集与分离效能研究。通过研究，可获得基于氢键识别分子印迹聚合物对气体分子重键能力及选择识别动力与本质的相关信息，构建分子印迹气相识别理论模型；探明分子印迹气相色谱的保留和分离分析效能；拓展分子印迹技术气相识别研究新领域，为在废毒气处理、大气环境监测、混合气体选择分离及空气净化等领域开发新型高选择吸附材料提供理论和技术基础。

本项目围绕尼古丁印迹聚合物的制备、表征、气相保留与吸附、液相识别与吸附萃取、烟气中尼古丁脱除研究等方面开展研究，（1） 获得了尼古丁印迹聚合物的气相保留行为和吸附特性数据。以尼古丁为模板，甲基丙烯酸和乙二醇二甲基丙烯酸酯分别为功能单体和交联剂，四氢呋喃-甲苯混合液为溶剂原位聚合制备分子印迹整体柱，并用反相气相色谱研究该印迹柱的保留和吸附。研究表明尼古丁印迹聚合物对气相环境中的模板分子具有较高选择识别能力，容量因子高达87.88，且远高于非印迹聚合物，对尼古丁和吡啶的分离因子高达10.15。模板分子在印迹柱上的吸附热高于吡啶，且吸附等温线符合BET吸附的Ⅱ类吸附类型，显示分子印迹柱对气态尼古丁分子具有中等强度亲和性。而尼古丁在非印迹柱上的等温吸附均近似呈线性，符合亨利定律；（2）获知了尼古丁印迹聚合物(MIP)对烟气中尼古丁的吸附应用性。将烟支燃烧后产生的烟气流过分子印迹聚合物、非印迹聚合物及硅胶为吸附剂后,尼古丁脱除率分别为94.81%、94.04%和66.19%,而以分子印迹聚合物的脱除能力最强，印迹材料对尼古丁的强保留能力可能来源于分子印迹聚合物基体中与模板分子在大小、形状及功能基方面相匹配的结合位点；（3）为进一步研究分子印迹聚合物的气相识别特性，以甲醛替代尼古丁，研究了甲醛印迹柱对气相环境中甲醛的色谱保留、等温吸附及吸附热力学。在相同色谱条件下，分子印迹柱对模板的容量因子远高于乙醛。升高温度，容量因子及选择性均降低。甲醛在分子印迹聚合物柱上的吸附等温线呈近似线性，表明分子印迹聚合物对气态甲醛分子的较高亲和力，而乙醛的吸附等温线符合BET吸附的Ⅲ类吸附类型，吸附能力较弱。（4）通过研究尼古丁印迹整体柱的液相识别及固相萃取，获得其液相保留基础数据。MIP整体柱对液体中尼古丁的选择因子相对8-羟基喹啉和吡啶而言分别为4.31和2.95；当流动相pH为7.5时，选择性最好；由标准吸附模型拟合得到整体柱的表观键合位点数目0.01233 mol/L，平衡离解常数为1360.95 L/mol；尼古丁在印迹整体柱上的吸附属于自发放热吸附过程。当分别用pH为5.0和9.0的流动相作为上样液和洗脱液进行固相萃取时，，分子印迹能选择捕集环境水样中的尼古丁，回收率为99.6%。此外，还获知了其它生物碱如黄连素、吗啉及石杉碱甲印迹聚合物的制备方法、液相识别行为及应用性等。