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新型印迹聚合物的构筑及其对铜(Ⅱ)、铬(Ⅲ)、镍(Ⅱ)的吸附性能研究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着工业化进程的加速，重金属污染问题日益严重，对生态环境和人类健康构成了巨大威胁。重金属如铜(Ⅱ)、铬(Ⅲ)、镍(Ⅱ)等，具有毒性大、难降解、易在生物体内富集等特点。当这些重金属进入水体、土壤等环境中，会通过食物链的传递，最终危害人体健康，导致各种疾病，如铜过量会损害肝脏和神经系统，铬(Ⅲ)具有致癌性，镍(Ⅱ)可引发过敏反应和呼吸道疾病等。传统的重金属污染治理方法，如化学沉淀法、离子交换法、膜分离法等，存在成本高、效率低、易产生二次污染等问题。因此，开发高效、低成本、环境友好的重金属吸附材料具有重要的现实意义。

分子印迹技术是一种新型的材料制备技术，通过模板分子与功能单体之间的相互作用，形成具有特异性识别位点的聚合物。分子印迹聚合物（MIPs）对目标分子具有高度的选择性和亲和力，能够在复杂的环境中有效地分离和富集目标分子。在重金属吸附领域，MIPs展现出了独特的优势，如高选择性、高吸附容量、良好的稳定性和重复使用性等。将分子印迹技术应用于铜(Ⅱ)、铬(Ⅲ)、镍(Ⅱ)等重金属离子的吸附，有望为重金属污染治理提供新的解决方案。

龙胆紫是一种阳离子染料，具有良好的生物活性和光学性质。近年来，研究发现龙胆紫可以作为模板分子，制备对重金属离子具有特异性吸附性能的分子印迹聚合物。以龙胆紫为模板制备的印迹聚合物，不仅对龙胆紫具有良好的吸附性能，还对某些重金属离子表现出了较高的选择性吸附能力，为重金属吸附材料的制备提供了新的思路。

本研究旨在制备龙胆紫、铜(Ⅱ)、铬(Ⅲ)、镍(Ⅱ)印迹聚合物，并系统研究它们的吸附性能。通过优化制备条件，提高印迹聚合物的吸附容量和选择性，为重金属污染治理提供高效的吸附材料，同时也为分子印迹技术在重金属吸附领域的应用提供理论支持和实践经验。

1.2国内外研究现状

在龙胆紫印迹聚合物方面，国内外学者主要聚焦于其制备及对特定物质的吸附性能研究。有研究以龙胆紫为模板分子，采用本体聚合法，成功制备出龙胆紫分子印迹聚合物，并深入探究了其对Cr(III)的吸附性能。结果显示，该聚合物对Cr(III)的吸附量显著高于空白印迹聚合物及Cr(III)离子印迹聚合物，且随着Cr(III)浓度的增大而增大，最大吸附量可达126.16mg/g，最佳吸附温度为25℃。这表明龙胆紫印迹聚合物在重金属吸附领域具有一定的潜力。

关于铜(Ⅱ)印迹聚合物，众多研究致力于其制备工艺的优化与吸附性能的提升。有学者以铜离子为模板，3-氨基丙基-三乙氧基硅烷为偶联剂，纳米TiO?/SiO?为载体，运用表面离子印迹技术，在纳米TiO?/SiO?表面聚合形成铜离子印迹聚合物。实验结果表明，与非印迹聚合物相比，该聚合物对铜离子具有更好的识别性和选择性，吸附量分别达到36.51mg/g和11.79mg/g。另有研究采用4-乙烯基吡啶和丙烯酰胺为双功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，甲醇为溶剂，制备了Cu2?印迹聚合物，发现其在pH值为6.0时，10min即达吸附平衡，以0.3mol/L的HCl作为洗脱液，3min洗脱率达96.0%以上，饱和吸附量为15.67mg/g，富集倍数达50倍。

在铬(Ⅲ)印迹聚合物的研究中，相关工作围绕不同制备方法及吸附特性展开。有研究利用溶胶-凝胶法制备铬离子印迹聚合物，并对其吸附性能进行了详细研究。通过优化制备条件，该聚合物对铬离子表现出良好的吸附性能和选择性。还有研究制备了磁性Cr(Ⅵ)离子表面印迹聚合物，考察了其对水体中Cr(Ⅵ)的吸附性能，发现该聚合物在特定条件下对Cr(Ⅵ)具有较高的吸附容量和选择性，且具有良好的重复利用性。

对于镍(Ⅱ)印迹聚合物，研究主要集中在其合成及对镍离子的吸附性能方面。有学者通过特定的聚合方法制备了镍离子印迹聚合物，研究了其对镍离子的吸附性能，包括吸附等温线、吸附动力学等，结果表明该聚合物对镍离子具有较好的吸附效果和选择性。但目前镍(Ⅱ)印迹聚合物的研究相对较少，在制备方法的创新和吸附性能的优化方面仍有较大的发展空间。

1.3研究内容与创新点

本研究的主要内容包括以下几个方面：首先，分别以龙胆紫、铜(Ⅱ)、铬(Ⅲ)、镍(Ⅱ)为模板分子，选择合适的功能单体、交联剂、引发剂和溶剂，采用不同的聚合方法，如本体聚合法、沉淀聚合法等，制备相应的印迹聚合物。其次，运用多种表征手段，如傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）、比表面积分析等，对制备的印迹聚合物的结构、形貌和表面性质进行表征，深入了解其物理化学特