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溶胶-凝胶法制备离子印迹聚合物及其用于选择性吸附重金属离子的综述

王蓝青  钟溢健  陈南春  解庆林  
【摘要】:离子印迹聚合物(Ion imprinted polymers,IIPs)是一种具有三维空间结构,对目标离子有更强亲和力的聚合材料。该材料通常可通过模板离子与功能单体螯合,经交联聚合、模板洗脱后获得。IIPs由于具有结构稳定、特异识别与高选择性等特点,在重金属污染处理领域具有广阔的应用前景。然而,IIPs的印迹位点分布不均、印迹位点包埋过深以及印迹材料传质效率低等问题,限制了IIPs对重金属离子的选择吸附以及后续应用。因此,在IIPs的制备过程中,亟须采取一种理想的IIPs制备方法,解决印迹位点包埋,改善模板离子的洗脱效果,促进印迹位点均匀分布,提高IIPs的传质效率,发挥其独特优异性能。近年来开发了多种IIPs制备方法,通过优化制备IIPs的组装、聚合方式,克服了制备过程中的部分难点,保证IIPs特异识别选择性的同时,大幅提升了IIPs的吸附性能。IIPs制备方法主要包括基于逐步聚合机理的溶胶-凝胶法和基于连锁聚合机理的自由基聚合法。溶胶-凝胶制备方法反应条件温和,反应过程易控,产物有良好的力学性能、热稳定性与结构预定性,得到了广泛应用。结合溶胶-凝胶法制备IIPs的工艺途径大致可分为包埋法、共聚法与表面印迹法。包埋法制备过程简便,反应条件温和,有机组分与作用位点稳定均匀分布于材料中,但制备过程容易造成模板离子包埋过深、不易洗脱、印迹位点不易暴露、传质效率较差。基于共聚法制备的IIPs表面粗糙、不规则,具有多孔结构与较大的比表面积,能促进小尺寸粒子进入到材料孔道,提高对模板离子的捕获与识别;但模板离子与功能单体的结合程度受限,IIPs的功能基团空间取向不稳定,限制了IIPs的特定选择功能。表面印迹法保留了基体材料的性能优势,通过将特异性印迹位点作用(负载、接枝、修饰等)于载体表面,可增大吸附容量、增强传质效率、提高吸附选择性,成为近年来离子印迹聚合物的热点研究方向之一。本文着重介绍了溶胶-凝胶法制备IIPs的主要工艺途径及特点,阐述了溶胶-凝胶法制备的典型IIPs(铜、铅、镉、汞、铬)及其选择性吸附重金属的应用,并对IIPs研究前景进行了展望。

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