一种特异性吸附dehp的硅胶表面分子印迹聚合物及其制备方法与应用
一种特异性吸附dehp的硅胶表面分子印迹聚合物及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种分子印迹聚合物，尤其涉及一种适用于选择性吸附塑化剂 DEHP(邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯）的表面分子印迹聚合物，同时还涉及该分子印迹聚 合物的制备方法及其在固相萃取中的应用，属于环保功能材料制备技术与应用领域。
【背景技术】
[0002] 邻苯二甲酸酯类物质是一类环境内分泌干扰物，常用作塑化剂添加于树脂、塑料、 橡胶及粘合剂等材料中以增加产品的弹性、延展性和柔软度。有资料表明，玩具、食品包装 材料、医用血袋和胶管、食用油、奶制品、个人护理用品等产品都存在邻苯二甲酸酯类塑化 剂污染。邻苯二甲酸酯在自然条件下极难降解，进入人体后易于积累，从而引发激素失调， 导致人体免疫力下降；影响人的生殖能力，造成婴儿性别错乱；还会造成心血管方面的疾 病，甚至具有基因毒性。DEHP(邻苯二甲酸二（2-乙基）己酯）是目前工业上使用量最大 的一种塑化剂，因此对环境和食品中的DEHP进行检测和控制极为重要。由于食品或环境样 品中的DEHP含量往往极低，且存在大量的干扰性基质，所以样品测定前的分离富集尤为重 要，目前普遍使用的分离富集方法主要是固相萃取，然而，固相萃取采用的填料通常是C18、 C8等常规吸附剂，对目标物的吸附选择性低，使得被测物质与干扰物的分离效果较差，从而 影响检测结果的准确性与可信度，因此研宄和开发新型的高选择性识别DEHP的固相萃取 填料十分必要。
[0003] 分子印迹聚合物（MIP)的空穴具有和模板分子完全相同的结构，可对模板分子实 现特异性识别，已经广泛应用于色谱分离、固相萃取、传感器和催化等领域，目前已有研宄 者合成了邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二丁酯、苯胺、三聚氰胺、双酚A、壬基酚等环境污 染物的分子印迹聚合物。Huma Shikh等采用沉淀聚合法合成了 DEHP分子印迹聚合物，但是 约有15%的产品发生了团聚，影响了聚合物的吸附效果。近年来发展起来的新型表面印迹 技术将识别位点固定在载体材料表面，避免聚合物的团聚，同时合成的产品不需要进行研 磨和筛分，不会对印迹空穴造成破坏，还可克服印迹分子包埋过深或过紧、传质速度慢、解 吸速率低、模板分子泄露等缺点，表面分子印迹聚合物是一种具有良好应用前景的固相萃 取填料。表面分子印迹聚合物的常用载体有硅胶、碳纳米管、磁性四氧化三铁，氧化铝、壳聚 糖和树脂等；其中，硅胶具有良好的机械性能、相容性和热稳定性，是一种最常用的表面印 记聚合物载体。为保证分子印迹聚合物膜能够牢固地覆盖在硅胶的表面，需预先对硅胶表 面进行改性。已有文献报道的硅胶表面分子印迹聚合物的合成中，多数只是用氨基丙基三 乙氧基硅烷（KH-550)、γ -（2, 3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷（KH-560)、γ -甲基丙烯 酰氧基丙基三甲氧基硅烷（ΚΗ-570)或乙烯基三乙氧基硅烷（VTEO)等硅烷偶联剂进行一步 改性，ΚΗ-550和ΚΗ-560改性后端基分别为_順 2和2, 3-环氧丙氧基，使得生成的印迹聚合 物由于缺少与硅胶表面化学键的连接而在硅胶表面覆盖不牢，从而对其化学稳定性造成影 响；而ΚΗ-570和VTEO本身的端基为C = C结构，在改性过程中，会发生自身的聚合反应，同 时使得改性后硅胶表面的C = C数量减少，且在硅胶表面的分布不均匀，从而影响分子印迹 聚合物在硅胶表面的均匀覆盖，进一步影响其特异性识别能力。
[0004] 因此，亟待解决上述技术难题。
【发明内容】
[0005] 发明目的：本发明的第一目的是利用改性硅胶作载体合成具有特异性识别和选择 性吸附能力的DEHP分子印迹聚合物；
[0006] 本发明的第二目的是提供该DEHP分子印迹聚合物的制备方法；
[0007] 本发明的第三目的是提供该DEHP分子印迹聚合物在固相萃取中的应用。
[0008] 技术方案：本发明所述的DEHP的硅胶表面分子印迹聚合物，由以下方法制备而 得：对硅胶表面进行活化处理之后，采用氨基丙基三乙氧基硅烷对硅胶表面进行氨基化接 枝得氨基化硅胶；接着用丙烯酰氯与氨基化硅胶进行酰基化反应，对硅胶进行双键修饰； 然后以偶氮二异丁腈AIBN为引发剂，使模板分子DEHP和功能单体以及交联剂在修饰双键 的硅胶表面聚合，洗脱膜板分子后得到硅胶表面分子印迹聚合物；其中，所述的功能单体为 甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酰胺中的任意一种，交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基 丙烷三甲基丙烯酸酯、N，N-二亚甲基双丙烯酰胺中的任意一种。
[0009] 本发明所述DEHP的硅胶表面分子印迹聚合物的制备方法，包括如下步骤：
[0010] (1)对硅胶表面进行活化得活化硅胶；
[0011] (2)对硅胶表面进行氨基化改性：取活化硅胶加入甲苯溶液中，超声分散脱气 20~40min，N 2保护下逐滴加入氨基丙基三乙氧基硅烷KH-550,再加入适量三乙胺，控制甲 苯、KH-550和三乙胺的体积比为5~15 :2~5 :1，且硅胶与甲苯、KH-550和三乙胺混合液 的质量体积比为（5~10)g/100mL ;将上述混合物在90~120°C下加热回流10~20h，用 甲苯、丙酮、甲醇交替洗涤之后再用蒸馏水清洗，60~80°C下真空干燥12~24h得到氨基 化硅胶；
[0012] (3)对氨基化硅胶进行酰基化改性，使硅胶表面接枝上-C = C-结构：取适量氨基 化硅胶加入甲苯中，N2保护下逐滴加入丙烯酰氯，搅拌IOmin后加入三乙胺，其中，甲苯、三 乙胺和丙烯酰氯的体积比为10~20 :1~5 :1，且氨基化硅胶与甲苯、三乙胺和丙烯酰氯混 合液的质量体积比为（2~6) g/100mL，室温下搅拌反应20~36h，依次用甲苯、甲醇、去离 子水洗涤，60~80°C下真空干燥12~24h得到酰基化硅胶；
[0013] (4)在修饰双键的硅胶表面合成DEHP分子印迹聚合物：将膜板分子DEHP和功能 单体溶解于适量溶剂中，其中DEHP、功能单体与溶剂的比例为1 :3~6 :40~80m〇l/m〇l/ mL，超声波作用下预聚合20~60min，加入1~4g酰基化硅胶，N2保护下依次加入交联剂和 引发剂，其中交联剂、引发剂与模板分子的摩尔比分别为10~15 :0. 1~0.4 :1，60~90°C 下加热回流12~36h，依次用甲苯、丙酮、甲醇、蒸馏水洗绦3~5次，用体积比为4~9 : 1的甲醇和乙酸混合溶液索氏提取24~48h，60°C下真空干燥10~20h，即得到硅胶表面 分子印迹聚合物SMIP ;其中，所述的功能单体为甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酰胺中的任意一 种，交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、N，N-二亚甲基双丙烯 酰胺中的任意一种，所述溶剂为甲苯或乙腈。
[0014] 其中，在步骤（1)中，对硅胶表面进行活化为：取10~20g硅胶加入100~200mL 质量分数为5~20%的盐酸溶液中，110~130°C下加热回流15~30h，分别用丙酮和无水 乙醇清洗，再用蒸馏水洗至中性，130~160°C下真空干燥10~15h后得到活化硅胶。
[0015] 本发明所述DEHP的硅胶表面分子印迹聚合物在固相萃取中的应用。
[0016] 具体而言，将分子印迹聚合物SMIP分散于甲醇中，缓慢倒入下端带有挡板和调节 阀的玻璃管中，使填料填充均匀，制得分子印迹固相萃取柱MISPE柱，将MISPE柱与固相萃 取装置相连；将水样或DEHP标准溶液以0. 5~2. OmL/min的流速通过MISPE柱，然后采用 体积浓度为5~20%的甲醇/水溶液以0. 5~2. OmL/min的流速淋洗萃取柱，洗去萃取柱 上的残留水样及部分干扰物，淋洗液与水样体积比为1:1~1:4 ;最后用乙酸乙酯作洗脱剂 以0. 5~2. OmL/min的流速对固相萃取柱上的DEHP进行洗脱，洗脱剂体积与填料质量比控 制在5~ 10mL/g ;收集洗脱液，采用高效液相色谱法测定洗脱液中DEHP的浓度。
[0017] 反应机理：本发明采用两步反应对硅胶进行表面改性，即第一步用KH-550对硅胶 表面进行氨基化接枝，第二步用丙烯酰氯和氨基化硅胶发生酰基化反应，使硅胶表面接上C =C结构；如此既可以克服改性过程中硅烷偶联剂自身的聚合，又能使硅胶表面均匀接枝 上含有C = C的结构，有利于分子印迹聚合物在硅胶表面的合成，使得制备的印迹聚合物 可以均匀地、牢固地包覆在硅胶表面，提高了其稳定性，使其在用作固相萃取剂时可重复使 用。
[0018] 有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点为：
[0019] 第一、本发明采用氨基丙基三乙氧基硅烷（KH-550)和丙烯酰氯对活化硅胶进行 两步改性，使硅胶表面接枝上含有C = C的结构，直接参与聚合反应，增强印迹聚合物与硅 胶表面的结合力，提高了表面印迹聚合物的稳定性，同时克服了单独采用带C = C结构的硅 烷偶联剂（KH-570)和乙烯基三乙氧硅烷（VTEO)进行改性时会发生自聚合而使得硅胶表面 的C = C数量减少的缺陷。
[0020] 第二、本发明合成的表面分子印迹聚合物是一种多孔性结构，且内部具有膜板分 子的空穴，对DEHP具有很高的特异性识别和选择性吸附，可以将DEHP与其结构类似物很好 地分离，对DEHP的吸附容量高、吸附速度较快。
[0021 ] 第三、本发明制备过程简单、易于控制、制备成本低廉。
[0022] 第四、本发明制备的表面分子印迹固相萃取柱对环境样品中DEHP的分离效果好， 容易洗脱，且分离效果和回收率远远优于商品的SilicaSphereC18固相萃取柱，可重复使 用，是一种分离富集环境样品中痕量HEHP的理想的固相萃取柱。
【附图说明】
[0023] 图1为硅胶（a)、氨基化硅胶（b)、酰基化硅胶（c)和硅胶表面分子印迹聚合物（d) 的红外光谱图；
[0024] 图2A是硅胶的SEM图；
[0025] 图 2B 和 SMIP 的 SEM 图；
[0026] 图3是N2吸附一脱附等温线；
[0027] 图4是孔径分布图；
[0028] 图5是SMIP和SNIP在室温下的吸附等温线；
[0029] 图6是SMIP和SNIP对DEHP及其结构类似物DMP、DEP、DBP、DNOP的吸附量柱状 图；
[0030] 图7是分子印迹固相萃取柱与传统的SilicaSphereC18固相萃取柱对DEHP及其 结构类似物的回收率柱状图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图对本发明的技术方案作详细说明。
[0032] 首先介绍几个重要参数的测定方法：
[0033] 1、平衡吸附量的测定
[0034] 在一系列锥形瓶中加入IOmL浓度分别为1、3、5、10、15、20、25、30、40、50、100、 200、400、600、800mg/L的DEHP/甲醇溶液，然后在各锥形瓶中加入IOOmg SMIP (或SNIP)，密 封后室温下恒温振荡吸附10小时，离心10min，用高效液相色谱仪检测上清液中DEHP的浓 度，平行测定3次取平均值。计算吸附量Q : g = ..其中，Q为平衡吸附量(mg/g); W Cci为DEHP的初始浓度（mg/L) ;Ce为DEHP的初始浓度（mg/L) ;V为DEHP溶液的体积；W为 SMIP (或 SNIP)的质量（g)。
[0035] 2、吸附选择性
[0036] 选择邻苯二甲酸二甲酯（DMP)、邻苯二甲酸二乙酯（DEP)、邻苯二甲酸二丁酯 (DBP)和邻苯二甲酸二辛酯（DNOP)作为DEHP的结构类似物，研宄SMIP的吸附选择性。取 IOOmg SMIP或SNIP置于各锥形瓶中，分别加入IOmL浓度为10mg/L的DEHP、DMP、DEP、DBP、 DNOP甲醇溶液，室温下振荡吸附10小时后测定溶液中DEHP的浓度，计算吸附量和吸附选择 性系数。选择性系数SC = IF^p/IFi。其中，IFdehp和IF 别代表DEHP和其他四种邻苯二 甲酸酯的印迹因子，IFi= KSMIP/KSNIP，其中，Ksmip和Ksnip表示SMIP和SNIP对吸附质的分配 系数，分配系数K = Cp/Cs，其中，Cp表示SMIP或SNIP对吸附剂的吸附量，C s表示吸附质在 溶液中的浓度。
[0037] 3、回收率的测定
[0038] 取DEHP溶液以一定流速通过自制的固相萃取柱，然后采用甲醇/水溶液进行淋 洗固相萃取柱，最后用乙酸乙酯对固相萃取柱进行洗脱并收集洗脱液，高效液相色谱法测 C K, 定洗脱液中DEHP的浓度，计算回收率其中，R为回收率；C1为上样溶液中 DEHP的浓度，mg/L J1为上样溶液的体积，mL ;C2为洗脱液中DEHP的浓度，mg/L ;V2为洗脱 液的体积，mL。
[0039] 实施例1 :
[0040] 取15g硅胶加入200mL质量分数为10%的盐酸溶液中，120°C油浴下加热回流 24h，分别用丙酮和无水乙醇清洗，再用蒸馏水洗至中性，150 °C下真空干燥12h，得到活化硅 胶。取5g活化硅胶加入50mL甲苯溶液中，超声分散脱气30min，队保护下逐滴加入15mL KH-550,再加入5mL三乙胺，90°C下加热回流12h，用甲苯、丙酮、甲醇交替洗涤之后再用蒸 馏水清洗，60°C下真空干燥12h，得到氨基化硅胶。取4g氨基化硅胶、SOmL甲苯置于三口烧 瓶中，队保护下逐滴加入5mL丙烯酰氯，搅拌IOmin后加入12mL三乙胺，室温下搅拌反应 24小时，产物经甲苯、甲醇、去离子水多次洗涤后，于60°C真空干燥12小时，得到修饰双键 的硅胶。取2mmoL DEHP和8mmoL功能单体溶解于150mL溶剂中，超声混合预聚合30min， 加入2g修饰双键的硅胶，队保护下依次加入24mmoL交联剂和0. 3mmoL引发剂，60°C下加热 回流24h，反应结束后过滤产品，依次用甲苯、丙酮、甲醇、蒸馏水洗涤3~5次，用体积比为 9 :1的甲醇/乙酸混合溶液索氏提取24h，60°C下真空干燥12h，得到DEHP表面印迹聚合物 (SMIP)。非分子印迹聚合物（SNIP)的制备除不加 DEHP外，其他条件与制备分子印迹聚合 物相同。
[0041] 制得的SMIP的红外光谱图见图1。图1中b曲线与a曲线相比，970CHT1处的Si-OH 的吸收峰有所减弱，在2935CHT1处出现了 -CH2-的对称和不对称伸缩振动峰，在1551CHT1处 出现了氨基的弯曲震动峰，说明二氧化硅表面已成功进行氨基化。c曲线在1573CHT 1左右 处出现了 C = C的吸收峰，1551CnT1处-NH 2的弯曲震动峰减弱，同时在686cm η处出现了明 显的酰胺吸收峰，表明硅胶表面的氨基发生了酰基化反应，实现了 C = C在硅胶表面的成功 接枝。d曲线在1730CHT1处出现了酯基的吸收峰，这是因为分子印迹聚合物由EGDM和MA 聚合而来，带有乙二醇二甲基丙烯酸酯单元的红外特征；1573CHT1处C = C双键的吸收峰明 显减小，说明硅胶表面的C = C双键、功能单体MA和交联剂进行了交联聚合，即硅胶表面 成功合成了分子印迹聚合物。
[0042] 硅胶和SMIP的扫描电镜图分别见图2A和图2B。图2B表明SMIP表面凹凸不平， 出现了微孔结构，说明功能单体、交联剂在硅胶的表面发生了聚合，使得硅胶表面呈现出多 孔结构。
[0043] SMIP的队吸附-脱附等温线及粒径分布图见图3和图4。图3中SMIP的吸附等 温线为IV型等温线，在较高P/^区（0. 5-0. 8)，可观察到滞后现象，说明发生了毛细凝聚。 图4显示SMIP在孔径为3. 5左右的孔数量较SiOJP SNIP大大增大，说明模板分子洗脱后 印迹"空穴"使得在聚合物 表面产生了新的微孔。另外，根据N2吸附-脱附等温线计算出 DEHP-SMIP和非印记聚合物SNIP的比表面积分别为292. 05和19. 70m2g-1，模板分子洗脱之 后留下新的印迹"空穴"，使得DEHP-SMIP显著增大。
[0044] SMIP和SNIP对DEHP的吸附等温线见图5,其中，SMIP对DEHP的吸附量明显大于 SNIP ;采用Langmuir等温吸附模型拟合得到SMIP对DEHP的饱和吸附容量分别为16. Img/ g°
[0045] SMIP和SNIP对DEHP结构类似物的选择性吸附见图6。其中，SMIP对DEHP的吸附 量明显大于SNIP对DEHP的吸附量，且SMIP对DMP、DEP、DBP、DNOP的吸附量均小于DEHP，表 明SMIP对DEHP具有特异的识别选择性和高度的结合亲和力。具体来说，DEHP相对于DMP、 DEP、DBP和DNOP的吸附选择性系数分别为16. 16、16. 27、16. 13、13. 40,说明制得的SMIP可 以将DEHP与其结构类似物很好地分离。
[0046] 实施例2 :
[0047] 取IOg硅胶加入IOOmL质量分数为5%的盐酸溶液中，110°C油浴下加热回流 15h，分别用丙酮和无水乙醇清洗，再用蒸馏水洗至中性，130°C下真空干燥12h，得到活化硅 胶。取3g活化硅胶加入30mL甲苯溶液中，超声分散脱气20min，队保护下逐滴加入IOmL KH-550,再加入5mL三乙胺，90°C下加热回流10h，用甲苯、丙酮、甲醇交替洗涤之后再用蒸 馏水清洗，60°C下真空干燥12h，得到氨基化硅胶。取2g氨基化硅胶、50mL甲苯置于三口烧 瓶中，队保护下逐滴加入4mL丙烯酰氯，搅拌IOmin后加入IOmL三乙胺，室温下搅拌反应 20小时，产物经甲苯、甲醇、去离子水多次洗涤后，于60°C真空干燥12h，得到修饰双键的硅 胶。取ImmoL DEHP、5mmoL功能单体溶解于80mL溶剂中，超声混合预聚合20min，加入Ig修 饰双键的硅胶，队保护下依次加入IOmmoL交联剂和0.1 mmoL引发剂，70°C下加热回流18h， 反应结束后过滤产品，依次用甲苯、丙酮、甲醇、蒸馏水洗涤3~5次，用体积比为7 :1的甲 醇/乙酸混合溶液索氏提取24小时，60°C下真空干燥10小时，得到DEHP表面印迹聚合物 (SMIP)。非分子印迹聚合物（SNIP)的制备除不加 DEHP外，其他条件与制备分子印迹聚合 物相同。
[0048] 实施例3 :
[0049] 取20g硅胶加入200mL质量分数为20 %的盐酸溶液中，130 °C油浴下加热回流 30h，分别用丙酮和无水乙醇清洗，再用蒸馏水洗至中性，160 °C下真空干燥15h，得到活化硅 胶。取IOg活化硅胶加入80mL甲苯溶液中，超声分散脱气40min，队保护下逐滴加入30mL KH-550,再加入IOmL三乙胺，120°C下加热回流20h，用甲苯、丙酮、甲醇交替洗涤之后再用 蒸馏水清洗，80°C下真空干燥24h，得到氨基化硅胶。取6g氨基化硅胶、120mL甲苯置于三 口烧瓶中，队保护下逐滴加入IOmL丙烯酰氯，搅拌IOmin后加入20mL三乙胺，室温下搅拌 反应36h，产物经甲苯、甲醇、去离子水多次洗涤后，于80°C真空干燥24h，得到修饰双键的 硅胶。取5mmoL DEHP、30mmoL功能单体溶解于200mL甲苯中，超声混合预聚合60min，加入 4g修饰双键的硅胶，队保护下依次加入50mmoL交联剂和1.0 mmoL引发齐lj，90°C下加热回流 36h，反应结束后过滤产品，依次用甲苯、丙酮、甲醇、蒸馏水洗涤3~5次，用体积比为4 :1 的甲醇/乙酸混合溶液索氏提取48小时，60°C下真空干燥20小时，得到DEHP表面印迹聚 合物（SMIP)。非分子印迹聚合物（SNIP)的制备除不加 DEHP外，其他条件与制备分子印迹 聚合物相同。
[0050] 实施例4 :
[0051] 取15g硅胶加入150mL质量分数为15%的盐酸溶液中，130°C油浴下加热回流 24h，分别用丙酮和无水乙醇清洗，再用蒸馏水洗至中性，140 °C下真空干燥IOh，得到活化硅 胶。取6g活化硅胶加入60mL甲苯溶液中，超声分散脱气30min，队保护下逐滴加入25mL KH-550,再加入IOmL三乙胺，110°C下加热回流18h，用甲苯、丙酮、甲醇交替洗涤之后再用 蒸馏水清洗，70°C下真空干燥18h，得到氨基化硅胶。取5g氨基化硅胶、IOOmL甲苯置于三 口烧瓶中，队保护下逐滴加入SmL丙烯酰氯，搅拌IOmin后加入15mL三乙胺，室温下搅拌 反应30h，产物经甲苯、甲醇、去离子水多次洗涤后，于70°C真空干燥18h，得到修饰双键的 硅胶。取4mmoL DEHP、20mmoL功能单体溶解于200mL溶剂中，超声混合预聚合40min，加入 3g修饰双键的硅胶，队保护下依次加入40mmoL交联剂和I. 2mmoL引发齐lj，80°C下加热回流 30h，反应结束后过滤产品，依次用甲苯、丙酮、甲醇、蒸馏水洗涤3~5次，用体积比为6 :1 的甲醇/乙酸混合溶液索氏提取36小时，60°C下真空干燥16小时，得到DEHP表面印迹聚 合物（SMIP)。非分子印迹聚合物（SNIP)的制备除不加 DEHP外，其他条件与制备分子印迹 聚合物相同。
[0052] 实施例5
[0053] 取15g硅胶加入200mL质量分数为10%的盐酸溶液中，120°C油浴下加热回流 2 4 h，分别用丙酮和无水乙醇清洗，再用蒸馏水洗至中性，15 0 °C下真空干燥12 h，得到活化 硅胶。取8g活化硅胶加入75L甲苯溶液中，超声分散脱气30min，队保护下逐滴加入25mL KH-550,再加入5mL三乙胺，90°C下加热回流12h，用甲苯、丙酮、甲醇交替洗涤之后再用蒸 馏水清洗，60°C下真空干燥12h，得到氨基化硅胶。取6g氨基化硅胶、IOOmL甲苯置于三口 烧瓶中，队保护下逐滴加入IOmL丙烯酰氯，搅拌IOmin后加入IOmL三乙胺，室温下搅拌反 应24小时，产物经甲苯、甲醇、去离子水多次洗涤后，于60°C真空干燥12小时，得到修饰双 键的硅胶。取2mmoL DEHP和8mmoL功能单体溶解于IOOmL溶剂中，超声混合预聚合30min， 加入2g修饰双键的硅胶，队保护下依次加入30mmoL交联剂和0. 8mmoL引发剂，60°C下加热 回流24h，反应结束后过滤产品，依次用甲苯、丙酮、甲醇、蒸馏水洗涤3~5次，用体积比为 9 :1的甲醇/乙酸混合溶液索氏提取24h，60°C下真空干燥12h，得到DEHP表面印迹聚合物 (SMIP)。非分子印迹聚合物（SNIP)的制备除不加 DEHP外，其他条件与制备分子印迹聚合 物相同。
[0054] 实施例6
[0055] 取15g硅胶加入150mL质量分数为15%的盐酸溶液中，130°C油浴下加热回流 24h，分别用丙酮和无水乙醇清洗，再用蒸馏水洗至中性，140 °C下真空干燥IOh，得到活化硅 胶。取5g活化硅胶加入50mL甲苯溶液中，超声分散脱气30min，队保护下逐滴加入20mL KH-550,再加入IOmL三乙胺，110°C下加热回流18h，用甲苯、丙酮、甲醇交替洗涤之后再用 蒸馏水清洗，70°C下真空干燥18h，得到氨基化硅胶。取5g氨基化硅胶、IOOmL甲苯置于三 口烧瓶中，队保护下逐滴加入5mL丙烯酰氯，搅拌IOmin后加入25mL三乙胺，室温下搅拌 反应30h，产物经甲苯、甲醇、去离子水多次洗涤后，于70°C真空干燥18h，得到修饰双键的 硅胶。取4mmoL DEHP、20mmoL功能单体溶解于200mL溶剂中，超声混合预聚合40min，加入 5g修饰双键的硅胶，1^2保护下依次加入50mmoL交联剂和0. 8mmoL引发剂，80°C下加热回流 30h，反应结束后过滤产品，依次用甲苯、丙酮、甲醇、蒸馏水洗涤3~5次，用体积比为6 :1 的甲醇/乙酸混合溶液索氏提取36小时，60°C下真空干燥16小时，得到DEHP表面印迹聚 合物（SMIP)。非分子印迹聚合物（SNIP)的制备除不加 DEHP外，其他条件与制备分子印迹 聚合物相同。
[0056] 实施例7 :
[0057] 取0· 5g分子印迹聚合物（SMIPs)分散于20mL甲醇中，以1.0 mL/min的流速填充于 下端带有挡板和调节阀的玻璃管（d可以为8_)中，得到分子印迹固相萃取柱（MISPE柱）， 将MISPE柱与固相萃取装置相连。分别配制浓度为0、5、10、20、40、50、80、100mg/L的DEHP 标准溶液以1.0 mL/min的流速通过MISPE柱，然后采用IOmL体积比为10%的甲醇/水溶液 以1.0 mL/min的流速淋洗萃取柱，最后用5mL乙酸乙醋作洗脱剂以1.0 mL/min的流速对固 相萃取柱上的DEHP进行洗脱，收集洗脱液，采用高效液相色谱法测定其中DEHP的含量，所 得标准曲线的线性方程为：y = 2354. 6X+1663. 5 (y为色谱峰面积，X为DEHP浓度），复相关 系数 R2= 0.9997,检出限为 12. 0 μ g/L。
[0058] 将20mL河水和生活污水两种未经任何预处理的水样，按照上述方法与步骤进行 固相萃取和测定，测得两种水样中DEHP浓度分别为24. 93 μ g/L和15. 47 μ g/L，加标回收率 分别为98. 17%和95. 96%，标准偏差分别为0. 482%和0. 524%。
[0059] 将分子印迹固相萃取柱与传统的的SilicaSphereC18固相萃取柱对DEHP及其结 构类似物的回收率进行对比，如图7所示，分子印迹固相萃取柱对DEHP的回收率远大于其 结构类似物DMP、DEP、DBP和DNOP，而SilicaSphereC18固相萃取柱（C18柱）对DEHP及其 结构类似物的回收率没有明显差异，这表明MISPE柱相对于SilicaSphereC18固相萃取柱 而言，对DEHP具有极好的特异性吸附能力，可以从环境样品中选择性地分离出DEHP，消除 干扰。此外，分子印迹固相萃取柱对DEHP的回收率为101. 76%，显著高于SilicaSphereC18 固相萃取柱的回收率56. 35%，说明分子印迹聚合物对样品中DEHP的分离效果远优于 SilicaSphereC18 固相萃取柱。
【主权项】
1. 一种特异性吸附邻苯二甲酸二（2-乙基）己酯DEHP的硅胶表面分子印迹聚合物， 其特征在于由以下方法制备而得：对硅胶表面进行活化处理之后，采用氨基丙基三乙氧基 硅烷对硅胶表面进行氨基化接枝得氨基化硅胶；接着用丙烯酰氯与氨基化硅胶进行酰基化 反应，对硅胶进行双键修饰；然后以偶氮二异丁腈AIBN为引发剂，使模板分子DEHP和功能 单体以及交联剂在修饰双键的硅胶表面聚合，洗脱膜板分子后得到硅胶表面分子印迹聚合 物；其中，所述的功能单体为甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酰胺中的任意一种，交联剂为乙二醇 二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、N，N-二亚甲基双丙烯酰胺中的任意一种。2. 根据权利要求1所述特异性吸附DEHP的硅胶表面分子印迹聚合物的制备方法，其特 征在于包括如下步骤： (1) 对硅胶表面进行活化得活化硅胶； (2) 对硅胶表面进行氨基化改性：取活化硅胶加入甲苯溶液中，超声分散脱气20~ 40min，N2保护下逐滴加入氨基丙基三乙氧基硅烷KH-550,再加入适量三乙胺，控制甲苯、 KH-550和三乙胺的体积比为5~15 :2~5 :1，且硅胶与甲苯、KH-550和三乙胺混合液的 质量体积比为（5~10)g/100mL;将上述混合物在90~120°C下加热回流10~20h，用甲 苯、丙酮、甲醇交替洗涤之后再用蒸馏水清洗，60~80°C下真空干燥12~24h得到氨基化 硅胶； (3) 对氨基化硅胶进行酰基化改性，使硅胶表面接枝上-C=C-结构：取适量氨基化硅 胶加入甲苯中，N2保护下逐滴加入丙烯酰氯，搅拌IOmin后加入三乙胺，其中，甲苯、三乙胺 和丙烯酰氯的体积比为10~20 :1~5 :1，且氨基化硅胶与甲苯、三乙胺和丙烯酰氯混合液 的质量体积比为（2~6)g/100mL，室温下搅拌反应20~36h，依次用甲苯、甲醇、去离子水 洗涤，60~80°C下真空干燥12~24h得到酰基化硅胶； (4) 在修饰双键的硅胶表面合成DEHP分子印迹聚合物：将膜板分子DEHP和功能单体 溶解于适量溶剂中，其中DEHP、功能单体与溶剂的比例为1 :3~6 :40~80m〇l/m〇l/mL，超 声波作用下预聚合20~60min，加入1~4g酰基化硅胶，队保护下依次加入交联剂和引发 剂，其中交联剂、引发剂与模板分子的摩尔比分别为10~15 :0. 1~0.4 :1，60~90°C下加 热回流12~36h，依次用甲苯、丙酮、甲醇、蒸馏水洗绦3~5次，用体积比为4~9 :1的甲 醇和乙酸混合溶液索氏提取24~48h，60°C下真空干燥10~20h，即得到硅胶表面分子印 迹聚合物SMIP;其中，所述的功能单体为甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酰胺中的任意一种，交 联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、N，N-二亚甲基双丙烯酰胺 中的任意一种，所述溶剂为甲苯或乙腈。3. 根据权利要求2所述特异性吸附DEHP的硅胶表面分子印迹聚合物的制备方法，其 特征在于，步骤（1)中，对硅胶表面进行活化为：取10~20g硅胶加入100~200mL质量分 数为5~20%的盐酸溶液中，110~130°C下加热回流15~30h，分别用丙酮和无水乙醇清 洗，再用蒸馏水洗至中性，130~160°C下真空干燥10~15h后得到活化硅胶。4. 根据权利要求1所述特异性吸附DEHP的硅胶表面分子印迹聚合物在固相萃取中的 应用。5. 根据权利要求4所述特异性吸附DEHP的硅胶表面分子印迹聚合物在固相萃取中 的应用，其特征在于包括如下步骤：将分子印迹聚合物SMIP分散于甲醇中，缓慢倒入下端 带有挡板和调节阀的玻璃管中，使填料填充均匀，制得分子印迹固相萃取柱MISPE柱，将 MISPE柱与固相萃取装置相连；将水样或DEHP标准溶液以0. 5~2.OmL/min的流速通过MISPE柱，然后采用体积浓度为5~20 %的甲醇/水溶液以0. 5~2.OmL/min的流速淋洗萃 取柱，洗去萃取柱上的残留水样及部分干扰物，淋洗液与水样体积比为1:1~1:4 ;最后用 乙酸乙酯作洗脱剂以0. 5~2.OmL/min的流速对固相萃取柱上的DEHP进行洗脱，洗脱剂体 积与填料质量比控制在5~10mL/g;收集洗脱液，采用高效液相色谱法测定洗脱液中DEHP 的浓度。
【专利摘要】本发明公开了一种特异性吸附DEHP的硅胶表面分子印迹聚合物及其制备方法与应用；该印迹聚合物通过对硅胶表面进行活化处理后，采用KH-550对硅胶表面进行氨基化接枝得氨基化硅胶，用丙烯酰氯与氨基化硅胶进行酰基化反应，对硅胶进行双键修饰，然后以AIBN为引发剂，使模板分子DEHP和功能单体以及交联剂在修饰双键的硅胶表面聚合，洗脱膜板分子后制得。本发明采用两步反应对硅胶进行表面改性，克服改性过程中硅烷偶联剂自身的聚合，使硅胶表面均匀接枝上含有C＝C的结构，有利于分子印迹聚合物在硅胶表面的合成，使印迹聚合物可以均匀地、牢固地包覆在硅胶表面，提高了其稳定性，使其在用作固相萃取剂时可重复使用。
【IPC分类】B01J20/30, C08F222/38, C08F222/14, C08F292/00, B01J20/286, C08F220/56, C08F220/06, B01D15/08
【公开号】CN104892868
【申请号】CN201510246796
【发明人】陈芳艳, 杨占, 唐玉斌, 王新刚, 陈海丰
【申请人】江苏科技大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月14日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种分子印迹聚合物，尤其涉及一种适用于选择性吸附塑化剂 DEHP(邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯）的表面分子印迹聚合物，同时还涉及该分子印迹聚 合物的制备方法及其在固相萃取中的应用，属于环保功能材料制备技术与应用领域。
【背景技术】
[0002] 邻苯二甲酸酯类物质是一类环境内分泌干扰物，常用作塑化剂添加于树脂、塑料、 橡胶及粘合剂等材料中以增加产品的弹性、延展性和柔软度。有资料表明，玩具、食品包装 材料、医用血袋和胶管、食用油、奶制品、个人护理用品等产品都存在邻苯二甲酸酯类塑化 剂污染。邻苯二甲酸酯在自然条件下极难降解，进入人体后易于积累，从而引发激素失调， 导致人体免疫力下降；影响人的生殖能力，造成婴儿性别错乱；还会造成心血管方面的疾 病，甚至具有基因毒性。DEHP(邻苯二甲酸二（2-乙基）己酯）是目前工业上使用量最大 的一种塑化剂，因此对环境和食品中的DEHP进行检测和控制极为重要。由于食品或环境样 品中的DEHP含量往往极低，且存在大量的干扰性基质，所以样品测定前的分离富集尤为重 要，目前普遍使用的分离富集方法主要是固相萃取，然而，固相萃取采用的填料通常是C18、 C8等常规吸附剂，对目标物的吸附选择性低，使得被测物质与干扰物的分离效果较差，从而 影响检测结果的准确性与可信度，因此研宄和开发新型的高选择性识别DEHP的固相萃取 填料十分必要。
[0003] 分子印迹聚合物（MIP)的空穴具有和模板分子完全相同的结构，可对模板分子实 现特异性识别，已经广泛应用于色谱分离、固相萃取、传感器和催化等领域，目前已有研宄 者合成了邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二丁酯、苯胺、三聚氰胺、双酚A、壬基酚等环境污 染物的分子印迹聚合物。Huma Shikh等采用沉淀聚合法合成了 DEHP分子印迹聚合物，但是 约有15%的产品发生了团聚，影响了聚合物的吸附效果。近年来发展起来的新型表面印迹 技术将识别位点固定在载体材料表面，避免聚合物的团聚，同时合成的产品不需要进行研 磨和筛分，不会对印迹空穴造成破坏，还可克服印迹分子包埋过深或过紧、传质速度慢、解 吸速率低、模板分子泄露等缺点，表面分子印迹聚合物是一种具有良好应用前景的固相萃 取填料。表面分子印迹聚合物的常用载体有硅胶、碳纳米管、磁性四氧化三铁，氧化铝、壳聚 糖和树脂等；其中，硅胶具有良好的机械性能、相容性和热稳定性，是一种最常用的表面印 记聚合物载体。为保证分子印迹聚合物膜能够牢固地覆盖在硅胶的表面，需预先对硅胶表 面进行改性。已有文献报道的硅胶表面分子印迹聚合物的合成中，多数只是用氨基丙基三 乙氧基硅烷（KH-550)、γ -（2, 3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷（KH-560)、γ -甲基丙烯 酰氧基丙基三甲氧基硅烷（ΚΗ-570)或乙烯基三乙氧基硅烷（VTEO)等硅烷偶联剂进行一步 改性，ΚΗ-550和ΚΗ-560改性后端基分别为_順 2和2, 3-环氧丙氧基，使得生成的印迹聚合 物由于缺少与硅胶表面化学键的连接而在硅胶表面覆盖不牢，从而对其化学稳定性造成影 响；而ΚΗ-570和VTEO本身的端基为C = C结构，在改性过程中，会发生自身的聚合反应，同 时使得改性后硅胶表面的C = C数量减少，且在硅胶表面的分布不均匀，从而影响分子印迹 聚合物在硅胶表面的均匀覆盖，进一步影响其特异性识别能力。
[0004] 因此，亟待解决上述技术难题。
【发明内容】
[0005] 发明目的：本发明的第一目的是利用改性硅胶作载体合成具有特异性识别和选择 性吸附能力的DEHP分子印迹聚合物；
[0006] 本发明的第二目的是提供该DEHP分子印迹聚合物的制备方法；
[0007] 本发明的第三目的是提供该DEHP分子印迹聚合物在固相萃取中的应用。
[0008] 技术方案：本发明所述的DEHP的硅胶表面分子印迹聚合物，由以下方法制备而 得：对硅胶表面进行活化处理之后，采用氨基丙基三乙氧基硅烷对硅胶表面进行氨基化接 枝得氨基化硅胶；接着用丙烯酰氯与氨基化硅胶进行酰基化反应，对硅胶进行双键修饰； 然后以偶氮二异丁腈AIBN为引发剂，使模板分子DEHP和功能单体以及交联剂在修饰双键 的硅胶表面聚合，洗脱膜板分子后得到硅胶表面分子印迹聚合物；其中，所述的功能单体为 甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酰胺中的任意一种，交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基 丙烷三甲基丙烯酸酯、N，N-二亚甲基双丙烯酰胺中的任意一种。
[0009] 本发明所述DEHP的硅胶表面分子印迹聚合物的制备方法，包括如下步骤：
[0010] (1)对硅胶表面进行活化得活化硅胶；
[0011] (2)对硅胶表面进行氨基化改性：取活化硅胶加入甲苯溶液中，超声分散脱气 20~40min，N 2保护下逐滴加入氨基丙基三乙氧基硅烷KH-550,再加入适量三乙胺，控制甲 苯、KH-550和三乙胺的体积比为5~15 :2~5 :1，且硅胶与甲苯、KH-550和三乙胺混合液 的质量体积比为（5~10)g/100mL ;将上述混合物在90~120°C下加热回流10~20h，用 甲苯、丙酮、甲醇交替洗涤之后再用蒸馏水清洗，60~80°C下真空干燥12~24h得到氨基 化硅胶；
[0012] (3)对氨基化硅胶进行酰基化改性，使硅胶表面接枝上-C = C-结构：取适量氨基 化硅胶加入甲苯中，N2保护下逐滴加入丙烯酰氯，搅拌IOmin后加入三乙胺，其中，甲苯、三 乙胺和丙烯酰氯的体积比为10~20 :1~5 :1，且氨基化硅胶与甲苯、三乙胺和丙烯酰氯混 合液的质量体积比为（2~6) g/100mL，室温下搅拌反应20~36h，依次用甲苯、甲醇、去离 子水洗涤，60~80°C下真空干燥12~24h得到酰基化硅胶；
[0013] (4)在修饰双键的硅胶表面合成DEHP分子印迹聚合物：将膜板分子DEHP和功能 单体溶解于适量溶剂中，其中DEHP、功能单体与溶剂的比例为1 :3~6 :40~80m〇l/m〇l/ mL，超声波作用下预聚合20~60min，加入1~4g酰基化硅胶，N2保护下依次加入交联剂和 引发剂，其中交联剂、引发剂与模板分子的摩尔比分别为10~15 :0. 1~0.4 :1，60~90°C 下加热回流12~36h，依次用甲苯、丙酮、甲醇、蒸馏水洗绦3~5次，用体积比为4~9 : 1的甲醇和乙酸混合溶液索氏提取24~48h，60°C下真空干燥10~20h，即得到硅胶表面 分子印迹聚合物SMIP ;其中，所述的功能单体为甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酰胺中的任意一 种，交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、N，N-二亚甲基双丙烯 酰胺中的任意一种，所述溶剂为甲苯或乙腈。
[0014] 其中，在步骤（1)中，对硅胶表面进行活化为：取10~20g硅胶加入100~200mL 质量分数为5~20%的盐酸溶液中，110~130°C下加热回流15~30h，分别用丙酮和无水 乙醇清洗，再用蒸馏水洗至中性，130~160°C下真空干燥10~15h后得到活化硅胶。
[0015] 本发明所述DEHP的硅胶表面分子印迹聚合物在固相萃取中的应用。
[0016] 具体而言，将分子印迹聚合物SMIP分散于甲醇中，缓慢倒入下端带有挡板和调节 阀的玻璃管中，使填料填充均匀，制得分子印迹固相萃取柱MISPE柱，将MISPE柱与固相萃 取装置相连；将水样或DEHP标准溶液以0. 5~2. OmL/min的流速通过MISPE柱，然后采用 体积浓度为5~20%的甲醇/水溶液以0. 5~2. OmL/min的流速淋洗萃取柱，洗去萃取柱 上的残留水样及部分干扰物，淋洗液与水样体积比为1:1~1:4 ;最后用乙酸乙酯作洗脱剂 以0. 5~2. OmL/min的流速对固相萃取柱上的DEHP进行洗脱，洗脱剂体积与填料质量比控 制在5~ 10mL/g ;收集洗脱液，采用高效液相色谱法测定洗脱液中DEHP的浓度。
[0017] 反应机理：本发明采用两步反应对硅胶进行表面改性，即第一步用KH-550对硅胶 表面进行氨基化接枝，第二步用丙烯酰氯和氨基化硅胶发生酰基化反应，使硅胶表面接上C =C结构；如此既可以克服改性过程中硅烷偶联剂自身的聚合，又能使硅胶表面均匀接枝 上含有C = C的结构，有利于分子印迹聚合物在硅胶表面的合成，使得制备的印迹聚合物 可以均匀地、牢固地包覆在硅胶表面，提高了其稳定性，使其在用作固相萃取剂时可重复使 用。
[0018] 有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点为：
[0019] 第一、本发明采用氨基丙基三乙氧基硅烷（KH-550)和丙烯酰氯对活化硅胶进行 两步改性，使硅胶表面接枝上含有C = C的结构，直接参与聚合反应，增强印迹聚合物与硅 胶表面的结合力，提高了表面印迹聚合物的稳定性，同时克服了单独采用带C = C结构的硅 烷偶联剂（KH-570)和乙烯基三乙氧硅烷（VTEO)进行改性时会发生自聚合而使得硅胶表面 的C = C数量减少的缺陷。
[0020] 第二、本发明合成的表面分子印迹聚合物是一种多孔性结构，且内部具有膜板分 子的空穴，对DEHP具有很高的特异性识别和选择性吸附，可以将DEHP与其结构类似物很好 地分离，对DEHP的吸附容量高、吸附速度较快。
[0021 ] 第三、本发明制备过程简单、易于控制、制备成本低廉。
[0022] 第四、本发明制备的表面分子印迹固相萃取柱对环境样品中DEHP的分离效果好， 容易洗脱，且分离效果和回收率远远优于商品的SilicaSphereC18固相萃取柱，可重复使 用，是一种分离富集环境样品中痕量HEHP的理想的固相萃取柱。
【附图说明】
[0023] 图1为硅胶（a)、氨基化硅胶（b)、酰基化硅胶（c)和硅胶表面分子印迹聚合物（d) 的红外光谱图；
[0024] 图2A是硅胶的SEM图；
[0025] 图 2B 和 SMIP 的 SEM 图；
[0026] 图3是N2吸附一脱附等温线；
[0027] 图4是孔径分布图；
[0028] 图5是SMIP和SNIP在室温下的吸附等温线；
[0029] 图6是SMIP和SNIP对DEHP及其结构类似物DMP、DEP、DBP、DNOP的吸附量柱状 图；
[0030] 图7是分子印迹固相萃取柱与传统的SilicaSphereC18固相萃取柱对DEHP及其 结构类似物的回收率柱状图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图对本发明的技术方案作详细说明。
[0032] 首先介绍几个重要参数的测定方法：
[0033] 1、平衡吸附量的测定
[0034] 在一系列锥形瓶中加入IOmL浓度分别为1、3、5、10、15、20、25、30、40、50、100、 200、400、600、800mg/L的DEHP/甲醇溶液，然后在各锥形瓶中加入IOOmg SMIP (或SNIP)，密 封后室温下恒温振荡吸附10小时，离心10min，用高效液相色谱仪检测上清液中DEHP的浓 度，平行测定3次取平均值。计算吸附量Q : g = ..其中，Q为平衡吸附量(mg/g); W Cci为DEHP的初始浓度（mg/L) ;Ce为DEHP的初始浓度（mg/L) ;V为DEHP溶液的体积；W为 SMIP (或 SNIP)的质量（g)。
[0035] 2、吸附选择性
[0036] 选择邻苯二甲酸二甲酯（DMP)、邻苯二甲酸二乙酯（DEP)、邻苯二甲酸二丁酯 (DBP)和邻苯二甲酸二辛酯（DNOP)作为DEHP的结构类似物，研宄SMIP的吸附选择性。取 IOOmg SMIP或SNIP置于各锥形瓶中，分别加入IOmL浓度为10mg/L的DEHP、DMP、DEP、DBP、 DNOP甲醇溶液，室温下振荡吸附10小时后测定溶液中DEHP的浓度，计算吸附量和吸附选择 性系数。选择性系数SC = IF^p/IFi。其中，IFdehp和IF 别代表DEHP和其他四种邻苯二 甲酸酯的印迹因子，IFi= KSMIP/KSNIP，其中，Ksmip和Ksnip表示SMIP和SNIP对吸附质的分配 系数，分配系数K = Cp/Cs，其中，Cp表示SMIP或SNIP对吸附剂的吸附量，C s表示吸附质在 溶液中的浓度。
[0037] 3、回收率的测定
[0038] 取DEHP溶液以一定流速通过自制的固相萃取柱，然后采用甲醇/水溶液进行淋 洗固相萃取柱，最后用乙酸乙酯对固相萃取柱进行洗脱并收集洗脱液，高效液相色谱法测 C K, 定洗脱液中DEHP的浓度，计算回收率其中，R为回收率；C1为上样溶液中 DEHP的浓度，mg/L J1为上样溶液的体积，mL ;C2为洗脱液中DEHP的浓度，mg/L ;V2为洗脱 液的体积，mL。
[0039] 实施例1 :
[0040] 取15g硅胶加入200mL质量分数为10%的盐酸溶液中，120°C油浴下加热回流 24h，分别用丙酮和无水乙醇清洗，再用蒸馏水洗至中性，150 °C下真空干燥12h，得到活化硅 胶。取5g活化硅胶加入50mL甲苯溶液中，超声分散脱气30min，队保护下逐滴加入15mL KH-550,再加入5mL三乙胺，90°C下加热回流12h，用甲苯、丙酮、甲醇交替洗涤之后再用蒸 馏水清洗，60°C下真空干燥12h，得到氨基化硅胶。取4g氨基化硅胶、SOmL甲苯置于三口烧 瓶中，队保护下逐滴加入5mL丙烯酰氯，搅拌IOmin后加入12mL三乙胺，室温下搅拌反应 24小时，产物经甲苯、甲醇、去离子水多次洗涤后，于60°C真空干燥12小时，得到修饰双键 的硅胶。取2mmoL DEHP和8mmoL功能单体溶解于150mL溶剂中，超声混合预聚合30min， 加入2g修饰双键的硅胶，队保护下依次加入24mmoL交联剂和0. 3mmoL引发剂，60°C下加热 回流24h，反应结束后过滤产品，依次用甲苯、丙酮、甲醇、蒸馏水洗涤3~5次，用体积比为 9 :1的甲醇/乙酸混合溶液索氏提取24h，60°C下真空干燥12h，得到DEHP表面印迹聚合物 (SMIP)。非分子印迹聚合物（SNIP)的制备除不加 DEHP外，其他条件与制备分子印迹聚合 物相同。
[0041] 制得的SMIP的红外光谱图见图1。图1中b曲线与a曲线相比，970CHT1处的Si-OH 的吸收峰有所减弱，在2935CHT1处出现了 -CH2-的对称和不对称伸缩振动峰，在1551CHT1处 出现了氨基的弯曲震动峰，说明二氧化硅表面已成功进行氨基化。c曲线在1573CHT 1左右 处出现了 C = C的吸收峰，1551CnT1处-NH 2的弯曲震动峰减弱，同时在686cm η处出现了明 显的酰胺吸收峰，表明硅胶表面的氨基发生了酰基化反应，实现了 C = C在硅胶表面的成功 接枝。d曲线在1730CHT1处出现了酯基的吸收峰，这是因为分子印迹聚合物由EGDM和MA 聚合而来，带有乙二醇二甲基丙烯酸酯单元的红外特征；1573CHT1处C = C双键的吸收峰明 显减小，说明硅胶表面的C = C双键、功能单体MA和交联剂进行了交联聚合，即硅胶表面 成功合成了分子印迹聚合物。
[0042] 硅胶和SMIP的扫描电镜图分别见图2A和图2B。图2B表明SMIP表面凹凸不平， 出现了微孔结构，说明功能单体、交联剂在硅胶的表面发生了聚合，使得硅胶表面呈现出多 孔结构。
[0043] SMIP的队吸附-脱附等温线及粒径分布图见图3和图4。图3中SMIP的吸附等 温线为IV型等温线，在较高P/^区（0. 5-0. 8)，可观察到滞后现象，说明发生了毛细凝聚。 图4显示SMIP在孔径为3. 5左右的孔数量较SiOJP SNIP大大增大，说明模板分子洗脱后 印迹"空穴"使得在聚合物 表面产生了新的微孔。另外，根据N2吸附-脱附等温线计算出 DEHP-SMIP和非印记聚合物SNIP的比表面积分别为292. 05和19. 70m2g-1，模板分子洗脱之 后留下新的印迹"空穴"，使得DEHP-SMIP显著增大。
[0044] SMIP和SNIP对DEHP的吸附等温线见图5,其中，SMIP对DEHP的吸附量明显大于 SNIP ;采用Langmuir等温吸附模型拟合得到SMIP对DEHP的饱和吸附容量分别为16. Img/ g°
[0045] SMIP和SNIP对DEHP结构类似物的选择性吸附见图6。其中，SMIP对DEHP的吸附 量明显大于SNIP对DEHP的吸附量，且SMIP对DMP、DEP、DBP、DNOP的吸附量均小于DEHP，表 明SMIP对DEHP具有特异的识别选择性和高度的结合亲和力。具体来说，DEHP相对于DMP、 DEP、DBP和DNOP的吸附选择性系数分别为16. 16、16. 27、16. 13、13. 40,说明制得的SMIP可 以将DEHP与其结构类似物很好地分离。
[0046] 实施例2 :
[0047] 取IOg硅胶加入IOOmL质量分数为5%的盐酸溶液中，110°C油浴下加热回流 15h，分别用丙酮和无水乙醇清洗，再用蒸馏水洗至中性，130°C下真空干燥12h，得到活化硅 胶。取3g活化硅胶加入30mL甲苯溶液中，超声分散脱气20min，队保护下逐滴加入IOmL KH-550,再加入5mL三乙胺，90°C下加热回流10h，用甲苯、丙酮、甲醇交替洗涤之后再用蒸 馏水清洗，60°C下真空干燥12h，得到氨基化硅胶。取2g氨基化硅胶、50mL甲苯置于三口烧 瓶中，队保护下逐滴加入4mL丙烯酰氯，搅拌IOmin后加入IOmL三乙胺，室温下搅拌反应 20小时，产物经甲苯、甲醇、去离子水多次洗涤后，于60°C真空干燥12h，得到修饰双键的硅 胶。取ImmoL DEHP、5mmoL功能单体溶解于80mL溶剂中，超声混合预聚合20min，加入Ig修 饰双键的硅胶，队保护下依次加入IOmmoL交联剂和0.1 mmoL引发剂，70°C下加热回流18h， 反应结束后过滤产品，依次用甲苯、丙酮、甲醇、蒸馏水洗涤3~5次，用体积比为7 :1的甲 醇/乙酸混合溶液索氏提取24小时，60°C下真空干燥10小时，得到DEHP表面印迹聚合物 (SMIP)。非分子印迹聚合物（SNIP)的制备除不加 DEHP外，其他条件与制备分子印迹聚合 物相同。
[0048] 实施例3 :
[0049] 取20g硅胶加入200mL质量分数为20 %的盐酸溶液中，130 °C油浴下加热回流 30h，分别用丙酮和无水乙醇清洗，再用蒸馏水洗至中性，160 °C下真空干燥15h，得到活化硅 胶。取IOg活化硅胶加入80mL甲苯溶液中，超声分散脱气40min，队保护下逐滴加入30mL KH-550,再加入IOmL三乙胺，120°C下加热回流20h，用甲苯、丙酮、甲醇交替洗涤之后再用 蒸馏水清洗，80°C下真空干燥24h，得到氨基化硅胶。取6g氨基化硅胶、120mL甲苯置于三 口烧瓶中，队保护下逐滴加入IOmL丙烯酰氯，搅拌IOmin后加入20mL三乙胺，室温下搅拌 反应36h，产物经甲苯、甲醇、去离子水多次洗涤后，于80°C真空干燥24h，得到修饰双键的 硅胶。取5mmoL DEHP、30mmoL功能单体溶解于200mL甲苯中，超声混合预聚合60min，加入 4g修饰双键的硅胶，队保护下依次加入50mmoL交联剂和1.0 mmoL引发齐lj，90°C下加热回流 36h，反应结束后过滤产品，依次用甲苯、丙酮、甲醇、蒸馏水洗涤3~5次，用体积比为4 :1 的甲醇/乙酸混合溶液索氏提取48小时，60°C下真空干燥20小时，得到DEHP表面印迹聚 合物（SMIP)。非分子印迹聚合物（SNIP)的制备除不加 DEHP外，其他条件与制备分子印迹 聚合物相同。
[0050] 实施例4 :
[0051] 取15g硅胶加入150mL质量分数为15%的盐酸溶液中，130°C油浴下加热回流 24h，分别用丙酮和无水乙醇清洗，再用蒸馏水洗至中性，140 °C下真空干燥IOh，得到活化硅 胶。取6g活化硅胶加入60mL甲苯溶液中，超声分散脱气30min，队保护下逐滴加入25mL KH-550,再加入IOmL三乙胺，110°C下加热回流18h，用甲苯、丙酮、甲醇交替洗涤之后再用 蒸馏水清洗，70°C下真空干燥18h，得到氨基化硅胶。取5g氨基化硅胶、IOOmL甲苯置于三 口烧瓶中，队保护下逐滴加入SmL丙烯酰氯，搅拌IOmin后加入15mL三乙胺，室温下搅拌 反应30h，产物经甲苯、甲醇、去离子水多次洗涤后，于70°C真空干燥18h，得到修饰双键的 硅胶。取4mmoL DEHP、20mmoL功能单体溶解于200mL溶剂中，超声混合预聚合40min，加入 3g修饰双键的硅胶，队保护下依次加入40mmoL交联剂和I. 2mmoL引发齐lj，80°C下加热回流 30h，反应结束后过滤产品，依次用甲苯、丙酮、甲醇、蒸馏水洗涤3~5次，用体积比为6 :1 的甲醇/乙酸混合溶液索氏提取36小时，60°C下真空干燥16小时，得到DEHP表面印迹聚 合物（SMIP)。非分子印迹聚合物（SNIP)的制备除不加 DEHP外，其他条件与制备分子印迹 聚合物相同。
[0052] 实施例5
[0053] 取15g硅胶加入200mL质量分数为10%的盐酸溶液中，120°C油浴下加热回流 2 4 h，分别用丙酮和无水乙醇清洗，再用蒸馏水洗至中性，15 0 °C下真空干燥12 h，得到活化 硅胶。取8g活化硅胶加入75L甲苯溶液中，超声分散脱气30min，队保护下逐滴加入25mL KH-550,再加入5mL三乙胺，90°C下加热回流12h，用甲苯、丙酮、甲醇交替洗涤之后再用蒸 馏水清洗，60°C下真空干燥12h，得到氨基化硅胶。取6g氨基化硅胶、IOOmL甲苯置于三口 烧瓶中，队保护下逐滴加入IOmL丙烯酰氯，搅拌IOmin后加入IOmL三乙胺，室温下搅拌反 应24小时，产物经甲苯、甲醇、去离子水多次洗涤后，于60°C真空干燥12小时，得到修饰双 键的硅胶。取2mmoL DEHP和8mmoL功能单体溶解于IOOmL溶剂中，超声混合预聚合30min， 加入2g修饰双键的硅胶，队保护下依次加入30mmoL交联剂和0. 8mmoL引发剂，60°C下加热 回流24h，反应结束后过滤产品，依次用甲苯、丙酮、甲醇、蒸馏水洗涤3~5次，用体积比为 9 :1的甲醇/乙酸混合溶液索氏提取24h，60°C下真空干燥12h，得到DEHP表面印迹聚合物 (SMIP)。非分子印迹聚合物（SNIP)的制备除不加 DEHP外，其他条件与制备分子印迹聚合 物相同。
[0054] 实施例6
[0055] 取15g硅胶加入150mL质量分数为15%的盐酸溶液中，130°C油浴下加热回流 24h，分别用丙酮和无水乙醇清洗，再用蒸馏水洗至中性，140 °C下真空干燥IOh，得到活化硅 胶。取5g活化硅胶加入50mL甲苯溶液中，超声分散脱气30min，队保护下逐滴加入20mL KH-550,再加入IOmL三乙胺，110°C下加热回流18h，用甲苯、丙酮、甲醇交替洗涤之后再用 蒸馏水清洗，70°C下真空干燥18h，得到氨基化硅胶。取5g氨基化硅胶、IOOmL甲苯置于三 口烧瓶中，队保护下逐滴加入5mL丙烯酰氯，搅拌IOmin后加入25mL三乙胺，室温下搅拌 反应30h，产物经甲苯、甲醇、去离子水多次洗涤后，于70°C真空干燥18h，得到修饰双键的 硅胶。取4mmoL DEHP、20mmoL功能单体溶解于200mL溶剂中，超声混合预聚合40min，加入 5g修饰双键的硅胶，1^2保护下依次加入50mmoL交联剂和0. 8mmoL引发剂，80°C下加热回流 30h，反应结束后过滤产品，依次用甲苯、丙酮、甲醇、蒸馏水洗涤3~5次，用体积比为6 :1 的甲醇/乙酸混合溶液索氏提取36小时，60°C下真空干燥16小时，得到DEHP表面印迹聚 合物（SMIP)。非分子印迹聚合物（SNIP)的制备除不加 DEHP外，其他条件与制备分子印迹 聚合物相同。
[0056] 实施例7 :
[0057] 取0· 5g分子印迹聚合物（SMIPs)分散于20mL甲醇中，以1.0 mL/min的流速填充于 下端带有挡板和调节阀的玻璃管（d可以为8_)中，得到分子印迹固相萃取柱（MISPE柱）， 将MISPE柱与固相萃取装置相连。分别配制浓度为0、5、10、20、40、50、80、100mg/L的DEHP 标准溶液以1.0 mL/min的流速通过MISPE柱，然后采用IOmL体积比为10%的甲醇/水溶液 以1.0 mL/min的流速淋洗萃取柱，最后用5mL乙酸乙醋作洗脱剂以1.0 mL/min的流速对固 相萃取柱上的DEHP进行洗脱，收集洗脱液，采用高效液相色谱法测定其中DEHP的含量，所 得标准曲线的线性方程为：y = 2354. 6X+1663. 5 (y为色谱峰面积，X为DEHP浓度），复相关 系数 R2= 0.9997,检出限为 12. 0 μ g/L。
[0058] 将20mL河水和生活污水两种未经任何预处理的水样，按照上述方法与步骤进行 固相萃取和测定，测得两种水样中DEHP浓度分别为24. 93 μ g/L和15. 47 μ g/L，加标回收率 分别为98. 17%和95. 96%，标准偏差分别为0. 482%和0. 524%。
[0059] 将分子印迹固相萃取柱与传统的的SilicaSphereC18固相萃取柱对DEHP及其结 构类似物的回收率进行对比，如图7所示，分子印迹固相萃取柱对DEHP的回收率远大于其 结构类似物DMP、DEP、DBP和DNOP，而SilicaSphereC18固相萃取柱（C18柱）对DEHP及其 结构类似物的回收率没有明显差异，这表明MISPE柱相对于SilicaSphereC18固相萃取柱 而言，对DEHP具有极好的特异性吸附能力，可以从环境样品中选择性地分离出DEHP，消除 干扰。此外，分子印迹固相萃取柱对DEHP的回收率为101. 76%，显著高于SilicaSphereC18 固相萃取柱的回收率56. 35%，说明分子印迹聚合物对样品中DEHP的分离效果远优于 SilicaSphereC18 固相萃取柱。
【主权项】
1. 一种特异性吸附邻苯二甲酸二（2-乙基）己酯DEHP的硅胶表面分子印迹聚合物， 其特征在于由以下方法制备而得：对硅胶表面进行活化处理之后，采用氨基丙基三乙氧基 硅烷对硅胶表面进行氨基化接枝得氨基化硅胶；接着用丙烯酰氯与氨基化硅胶进行酰基化 反应，对硅胶进行双键修饰；然后以偶氮二异丁腈AIBN为引发剂，使模板分子DEHP和功能 单体以及交联剂在修饰双键的硅胶表面聚合，洗脱膜板分子后得到硅胶表面分子印迹聚合 物；其中，所述的功能单体为甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酰胺中的任意一种，交联剂为乙二醇 二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、N，N-二亚甲基双丙烯酰胺中的任意一种。2. 根据权利要求1所述特异性吸附DEHP的硅胶表面分子印迹聚合物的制备方法，其特 征在于包括如下步骤： (1) 对硅胶表面进行活化得活化硅胶； (2) 对硅胶表面进行氨基化改性：取活化硅胶加入甲苯溶液中，超声分散脱气20~ 40min，N2保护下逐滴加入氨基丙基三乙氧基硅烷KH-550,再加入适量三乙胺，控制甲苯、 KH-550和三乙胺的体积比为5~15 :2~5 :1，且硅胶与甲苯、KH-550和三乙胺混合液的 质量体积比为（5~10)g/100mL;将上述混合物在90~120°C下加热回流10~20h，用甲 苯、丙酮、甲醇交替洗涤之后再用蒸馏水清洗，60~80°C下真空干燥12~24h得到氨基化 硅胶； (3) 对氨基化硅胶进行酰基化改性，使硅胶表面接枝上-C=C-结构：取适量氨基化硅 胶加入甲苯中，N2保护下逐滴加入丙烯酰氯，搅拌IOmin后加入三乙胺，其中，甲苯、三乙胺 和丙烯酰氯的体积比为10~20 :1~5 :1，且氨基化硅胶与甲苯、三乙胺和丙烯酰氯混合液 的质量体积比为（2~6)g/100mL，室温下搅拌反应20~36h，依次用甲苯、甲醇、去离子水 洗涤，60~80°C下真空干燥12~24h得到酰基化硅胶； (4) 在修饰双键的硅胶表面合成DEHP分子印迹聚合物：将膜板分子DEHP和功能单体 溶解于适量溶剂中，其中DEHP、功能单体与溶剂的比例为1 :3~6 :40~80m〇l/m〇l/mL，超 声波作用下预聚合20~60min，加入1~4g酰基化硅胶，队保护下依次加入交联剂和引发 剂，其中交联剂、引发剂与模板分子的摩尔比分别为10~15 :0. 1~0.4 :1，60~90°C下加 热回流12~36h，依次用甲苯、丙酮、甲醇、蒸馏水洗绦3~5次，用体积比为4~9 :1的甲 醇和乙酸混合溶液索氏提取24~48h，60°C下真空干燥10~20h，即得到硅胶表面分子印 迹聚合物SMIP;其中，所述的功能单体为甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酰胺中的任意一种，交 联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、N，N-二亚甲基双丙烯酰胺 中的任意一种，所述溶剂为甲苯或乙腈。3. 根据权利要求2所述特异性吸附DEHP的硅胶表面分子印迹聚合物的制备方法，其 特征在于，步骤（1)中，对硅胶表面进行活化为：取10~20g硅胶加入100~200mL质量分 数为5~20%的盐酸溶液中，110~130°C下加热回流15~30h，分别用丙酮和无水乙醇清 洗，再用蒸馏水洗至中性，130~160°C下真空干燥10~15h后得到活化硅胶。4. 根据权利要求1所述特异性吸附DEHP的硅胶表面分子印迹聚合物在固相萃取中的 应用。5. 根据权利要求4所述特异性吸附DEHP的硅胶表面分子印迹聚合物在固相萃取中 的应用，其特征在于包括如下步骤：将分子印迹聚合物SMIP分散于甲醇中，缓慢倒入下端 带有挡板和调节阀的玻璃管中，使填料填充均匀，制得分子印迹固相萃取柱MISPE柱，将 MISPE柱与固相萃取装置相连；将水样或DEHP标准溶液以0. 5~2.OmL/min的流速通过MISPE柱，然后采用体积浓度为5~20 %的甲醇/水溶液以0. 5~2.OmL/min的流速淋洗萃 取柱，洗去萃取柱上的残留水样及部分干扰物，淋洗液与水样体积比为1:1~1:4 ;最后用 乙酸乙酯作洗脱剂以0. 5~2.OmL/min的流速对固相萃取柱上的DEHP进行洗脱，洗脱剂体 积与填料质量比控制在5~10mL/g;收集洗脱液，采用高效液相色谱法测定洗脱液中DEHP 的浓度。
【专利摘要】本发明公开了一种特异性吸附DEHP的硅胶表面分子印迹聚合物及其制备方法与应用；该印迹聚合物通过对硅胶表面进行活化处理后，采用KH-550对硅胶表面进行氨基化接枝得氨基化硅胶，用丙烯酰氯与氨基化硅胶进行酰基化反应，对硅胶进行双键修饰，然后以AIBN为引发剂，使模板分子DEHP和功能单体以及交联剂在修饰双键的硅胶表面聚合，洗脱膜板分子后制得。本发明采用两步反应对硅胶进行表面改性，克服改性过程中硅烷偶联剂自身的聚合，使硅胶表面均匀接枝上含有C＝C的结构，有利于分子印迹聚合物在硅胶表面的合成，使印迹聚合物可以均匀地、牢固地包覆在硅胶表面，提高了其稳定性，使其在用作固相萃取剂时可重复使用。
【IPC分类】B01J20/30, C08F222/38, C08F222/14, C08F292/00, B01J20/286, C08F220/56, C08F220/06, B01D15/08
【公开号】CN104892868
【申请号】CN201510246796
【发明人】陈芳艳, 杨占, 唐玉斌, 王新刚, 陈海丰
【申请人】江苏科技大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月14日
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