本發(fā)明涉及一種吸附劑的制備方法，具體地說，是一種聚酰胺-胺接枝氧化石墨烯包覆型生物小分子的吸附材料的制備方法。

背景技術：

基于對穩(wěn)定性和機械強度的要求，很多吸附材料以聚合物微球為基質。然而，大多數(shù)聚合物微球由聚苯乙烯，二乙烯基苯，丙烯酸甲酯等單體聚合而成。經(jīng)過聚合反應后，表面僅有少量的活性基團殘留，進一步衍生化具有一定的難度。隨著碳納米材料的發(fā)展，二維碳材料氧化石墨烯得到了越來越廣泛的關注。與其它碳納米材料相比，氧化石墨烯不僅表面具有大量活性含氧官能團，而且特有的大π電子云共軛結構。因此，是材料領域吸附材料的不二之選。目前，氧化石墨烯材料已經(jīng)成功應用于有機物，金屬離子等物質的吸附。然而，目前為止，無論聚合物微球還是氧化石墨烯，對與生物小分子的吸附效果均不顯著。

樹狀大分子是19世紀八十年代開發(fā)出來的一類新型功能高分子，它可以從分子水平上控制和設計分子的大小、形狀、結構和功能基團。該類分子具有完美的樹形結構，結構上高度的幾何對稱性、獨特的單分散性、大量可修飾活性基團、廣闊的內(nèi)部空腔和可控的分子長鏈賦予了該類分子特殊的性質及功能，其中包括良好的分散性、低毒性、生物相容性、優(yōu)異的電學光學性能及易修飾性等?；谶@些優(yōu)異的性能，樹狀大分子已經(jīng)在化學、生物、材料等多個領域得到了廣泛應用。根據(jù)樹狀大分子大量的活性基團和獨特的生物兼容性，該分子有望成為制備生物分子吸附劑的良好修飾材料。將氧化石墨烯與聚合物基質復合，再采用樹狀大分子對復合材料進一步修飾，有望制備出對生物小分子具有較好吸附性能的樹狀接枝型吸附材料。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明充分發(fā)揮樹狀大分子對生物分子具有良好的兼容性的性能，將樹狀大分子接枝到包覆氧化石墨烯的聚合物基質表面，通過進一步的修飾提供了一種新型生物小分子吸附劑的制備方法，解決了氨基酸、油酸、亞油酸等生物小分子的吸附問題。本發(fā)明具體實驗技術方案如下：

本發(fā)明公開了一種聚酰胺-胺接枝氧化石墨烯包覆型生物小分子吸附劑的制備方法，采用苯乙烯-二乙烯基苯-甲基丙烯酸縮水甘油酯聚合物微球作為吸附劑的基質，在基質表面包覆一層hummer法制備的氧化石墨烯衍生化出復合基質材料，通過化學接枝法將聚酰胺-胺樹狀大分子接枝到基質表面，用1，4-丁二醇縮水甘油醚進一步修飾，制備出生物小分子吸附劑。

作為進一步地改進，本發(fā)明所述的聚合物微球交聯(lián)度為55％，直徑為5-8μm，表面孔徑為6-9nm。

作為進一步地改進，本發(fā)明所述的氧化石墨烯衍生化出復合基質材料為根據(jù)hummer法制備而得，在濃硫酸中高錳酸鉀與石墨烯粉末經(jīng)氧化反應后得到棕色帶有含氧基團的石墨烯薄片，經(jīng)超聲作用可以從薄片中剝離出氧化石墨烯片層。

作為進一步地改進，本發(fā)明所述的聚酰胺-胺樹狀大分子是以乙二胺為核，通過乙二胺與丙烯酸甲酯交替的邁克爾加成和酰胺化反應制備而成。

作為進一步地改進，本發(fā)明具體實驗步驟如下：

a)、分散法制備單分散聚苯乙烯微球種子

以乙醇為溶劑，苯乙烯為單體，加入聚苯乙烯吡咯烷酮穩(wěn)定劑和偶氮二異丁腈引發(fā)劑，在氮氣保護下通過自由基聚合生成單分散的線性聚苯乙烯微球種子；

b)、種子溶脹法制備苯乙烯-二乙烯基苯-甲基丙烯酸縮水甘油酯微球

將制備的線性聚苯乙烯種子活化后與鄰苯二甲酸二丁酯混合溶脹，再加入由甲基丙烯酸縮水甘油酯單體、二乙烯基苯交聯(lián)劑、過氧化苯甲酰引發(fā)劑、十二烷基磺酸鈉乳化劑，聚乙烯醇穩(wěn)定劑、甲苯致孔劑組成的均勻乳液溶脹后在氮氣保護下發(fā)生單體聚合反應，制備得到聚苯乙烯-二乙烯基苯-甲基丙烯酸縮水甘油酯多孔微球；所得微球經(jīng)甲苯索式提取除去穩(wěn)定劑和乳化劑，通過對交聯(lián)劑的調節(jié)，控制微球的交聯(lián)度；

c)、hummer法制備氧化石墨烯

將石墨粉和濃硫酸在冰水浴條件下充分混合后加入高錳酸鉀，室溫保持后加水稀釋，升溫反應后加入雙氧水還原殘留的氧化劑，將得到的棕黃色固體離心洗至中性、超聲剝離、冷凍干燥后得到氧化石墨烯固體；

d)、氧化石墨烯包覆型聚合物基質的合成

通過超聲溶解將氧化石墨烯和苯乙烯-二乙烯基苯-甲基丙烯酸縮水甘油酯微球均勻分散在乙醇溶劑中，加熱反應，待氧化石墨烯均勻包覆后，真空烘干得到氧化石墨烯包覆型聚合物基質；

e)、聚酰胺-胺樹狀大分子的制備

以乙二胺為核，甲醇作為溶劑，加入丙烯酸甲酯發(fā)生邁克爾加成反應制備得到0.5代的聚酰胺-胺樹狀大分子，將產(chǎn)物用甲醇溶解后加入乙二胺單體，酰胺化反應后制備得到1.0代的聚酰胺-胺樹狀大分子，重復以上邁克爾加成和酰胺化反應，根據(jù)需求制備出不同代數(shù)的聚酰胺-胺樹狀大分子；

f)、聚酰胺-胺接枝和吸附劑的修飾

制備的整數(shù)代聚酰胺-胺樹狀大分子和氧化石墨烯包覆的聚合物基質在乙醇溶劑中混合均勻后，通過聚酰胺-胺樹狀大分子末端胺基和氧化石墨烯表面環(huán)氧官能團的反應將樹狀大分子接枝到基質表面，接枝后生成的產(chǎn)物經(jīng)1，4-丁二醇二縮水甘油醚進一步功能化即可制備出油酸、亞油酸、氨基酸等生物小分子吸附劑。

作為進一步地改進，本發(fā)明選擇采用不同代數(shù)的聚酰胺-胺樹狀大分子作為修飾材料，吸附劑的吸附能力通過選擇聚酰胺-胺樹狀大分子的代數(shù)調控。

作為進一步地改進，本發(fā)明所制備的吸附劑對油酸、亞油酸和氨基酸等生物小分子具有不用程度的吸附力，可用于解決生物小分子的吸附問題。

本發(fā)明具以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明采用苯乙烯-二乙烯基苯-甲基丙烯酸縮水甘油酯聚合物微球作為吸附劑的基質，工藝簡單、成本低、使用壽命長，粒徑均勻，化學穩(wěn)定性較好，能夠耐受更寬的ph耐受范圍。

2、本發(fā)明將氧化石墨烯包覆于聚合物微球表面，對聚合物微球進一步衍生化，增加了微球表面含氧環(huán)能團的含量，有效提高了接枝程度。

3、本發(fā)明采用聚酰胺-胺樹狀大分子作為修飾材料，由于樹狀大分子具有大量可修飾活性基團、廣闊的內(nèi)部空腔和較好的生物兼容性，保證了制備所得的吸附劑對油酸、亞油酸、氨基酸等生物小分子具有良好的吸附性能。

附圖說明

圖1是吸附劑的宏觀照片和掃描電鏡下的照片；

圖2是吸附劑吸附生物分子的突越曲線。

具體實施方式

本發(fā)明公開了一種聚酰胺-胺接枝氧化石墨烯包覆型生物小分子吸附劑的制備方法，具體實驗步驟如下：

a.分散法制備單分散聚苯乙烯微球種子

以95％乙醇為溶劑，苯乙烯為單體，加入聚苯乙烯吡咯烷酮穩(wěn)定劑和偶氮二異丁腈引發(fā)劑，在氮氣保護下通過自由基聚合生成單分散的線性聚苯乙烯微球種子。經(jīng)掃描電鏡觀察，制備種子為直徑2微米的單分散均勻微粒。

b.種子溶脹法制備苯乙烯-二乙烯基苯-甲基丙烯酸縮水甘油酯微球

將制備的線性聚苯乙烯種子活化后與鄰苯二甲酸二丁酯混合溶脹，再加入由甲基丙烯酸縮水甘油酯單體、二乙烯基苯交聯(lián)劑、過氧化苯甲酰引發(fā)劑、十二烷基磺酸鈉乳化劑，聚乙烯醇穩(wěn)定劑、甲苯致孔劑組成的均勻乳液溶脹后在氮氣保護下發(fā)生單體聚合反應，制備得到聚苯乙烯-二乙烯基苯-甲基丙烯酸縮水甘油酯多孔微球。所得微球經(jīng)甲苯索式提取除去穩(wěn)定劑和乳化劑。通過對交聯(lián)劑的調節(jié)，控制微球的交聯(lián)度為55％。經(jīng)掃描電鏡觀察，制備所得的聚合物微球為表面光滑直徑5-8微米的單分散均勻多孔微球。經(jīng)bet吸附脫附測試，微球表面孔徑為6-9nm。

c.hummer法制備氧化石墨烯

將石墨粉和濃硫酸在冰水浴條件下充分混合后加入高錳酸鉀，室溫保持30分鐘后加水稀釋，升溫反應后加入3％雙氧水還原殘留的氧化劑。將得到的棕黃色固體離心洗至中性、超聲剝離、冷凍干燥后得到氧化石墨烯固體。

d.氧化石墨烯包覆型聚合物基質的合成

通過超聲溶解將氧化石墨烯和苯乙烯-二乙烯基苯-甲基丙烯酸縮水甘油酯微球均勻分散在乙醇溶劑中，加熱反應，待氧化石墨烯均勻包覆后，真空烘干得到氧化石墨烯包覆型聚合物基質。

e.聚酰胺-胺樹狀大分子的制備

以乙二胺為核，甲醇作為溶劑，加入丙烯酸甲酯發(fā)生邁克爾加成反應制備得到0.5代的聚酰胺-胺樹狀大分子。將產(chǎn)物用甲醇溶解后加入乙二胺單體，酰胺化反應后制備得到1.0代的聚酰胺-胺樹狀大分子。重復以上邁克爾加成和酰胺化反應，可以根據(jù)需求制備出不同代數(shù)的聚酰胺-胺樹狀大分子。

f.聚酰胺-胺接枝和吸附劑的修飾

制備的整數(shù)代聚酰胺-胺樹狀大分子和氧化石墨烯包覆的聚合物基質在乙醇溶劑中混合均勻后，通過聚酰胺-胺樹狀大分子末端胺基和氧化石墨烯表面環(huán)氧官能團的反應將樹狀大分子接枝到基質表面。接枝后生成的產(chǎn)物經(jīng)1，4-丁二醇二縮水甘油醚進一步功能化即可制備出油酸、亞油酸、氨基酸等生物小分子吸附劑。

實施例一

以95％的乙醇水溶液為基質，加入5-30ml苯乙烯單體，0.5-1g偶氮二異丁腈引發(fā)劑，0.5-4g聚乙烯吡咯烷酮穩(wěn)定劑，70℃反應過夜制得粒徑1～3μm單分散線性聚苯乙烯種子，將種子分散到2％的十二烷基磺酸鈉溶液中備用。取2ml制備的種子和鄰苯二甲酸二丁酯溶解于50ml十二烷基磺酸鈉溶液中，溶脹過夜。加入超聲混勻的含有苯乙烯(2-5％,v/v)、二乙烯基苯(4-10％,v/v)、甲基丙烯酸縮水甘油酯(0.4-1.2％,v/v)、十二烷基磺酸鈉(0.2-0.5％,m/v)、過氧化苯甲酰(0.1-0.2％,m/v)、甲苯(5-15％,v/v)和聚乙烯醇(0.5-5％,m/v)的混合溶液溶脹后加熱反應得到直徑為5-8μm的聚苯乙烯-二乙烯基苯-甲基丙烯酸縮水甘油酯微球，反應溫度為60-85℃，攪拌速度為100-300轉，反應時間為12-48h。

本發(fā)明使用的氧化石墨烯由hummer法制備而成。冰火水浴下向2-5g石墨粉中加入1gnano3和50ml濃硫酸，充分攪拌后加入6g高錳酸鉀氧化劑并保持30℃反應。30min后加入92ml去離子水攪拌15min后繼續(xù)加入80ml3％的雙氧水。離心洗至中心后，超聲均勻分散在乙醇溶液中。向石墨烯均勻分散的乙醇溶液中加入適量聚苯乙烯-二乙烯基苯-甲基丙烯酸縮水甘油酯微球，升溫攪拌1h后用水洗去多余氧化石墨烯得到氧化石墨烯包覆型聚合物基質。

取2ml的乙二胺溶于20ml的甲醇中，冰水浴攪拌下緩慢加入23g的丙烯酸甲酯，滴加完畢后緩慢升溫至20～30℃，攪拌反應18-24h，旋蒸除去多余反應物和甲醇溶劑，得到半代的聚酰胺-胺樹狀大分子。取5g半代聚酰胺-胺溶解于20ml甲醇中，冰水浴攪拌下緩慢滴加15g的乙二胺，滴加完畢后慢升溫至20～30℃，攪拌反應18-24h，旋蒸提純后得到第一代聚酰胺-胺樹狀大分子。

以乙醇為溶劑，將制備的第一代聚酰胺-胺樹狀大分子與氧化石墨烯包覆的聚合物微球70℃反應，接枝到氧化石墨烯包覆微球的表面，再用1,4-丁二醇而縮水甘油醚進一步修飾后制備出對生物小分子具有吸附性能的吸附材料。用于進一步修飾的1,4-丁二醇而縮水甘油醚試劑的濃度為30％。

實施例二

以95％的乙醇水溶液為基質，加入5-30ml苯乙烯單體，0.5-1g偶氮二異丁腈引發(fā)劑，0.5-4g聚乙烯吡咯烷酮穩(wěn)定劑，70℃反應過夜制得粒徑1～3μm單分散線性聚苯乙烯種子，將種子分散到2％的十二烷基磺酸鈉溶液中備用。取2ml制備的種子和鄰苯二甲酸二丁酯溶解于50ml十二烷基磺酸鈉溶液中，溶脹過夜。加入超聲混勻的含有苯乙烯(2-5％,v/v)、二乙烯基苯(4-10％,v/v)、甲基丙烯酸縮水甘油酯(0.4-1.2％,v/v)、十二烷基磺酸鈉(0.2-0.5％,m/v)、過氧化苯甲酰(0.1-0.2％,m/v)、甲苯(5-15％,v/v)和聚乙烯醇(0.5-5％,m/v)的混合溶液溶脹后加熱反應得到直徑為5-8μm的聚苯乙烯-二乙烯基苯-甲基丙烯酸縮水甘油酯微球，反應溫度為60-85℃，攪拌速度為100-300轉，反應時間為12-48h。

本發(fā)明使用的氧化石墨烯由hummer法制備而成。冰火水浴下向2-5g石墨粉中加入1gnano3和50ml濃硫酸，充分攪拌后加入6g高錳酸鉀氧化劑并保持30℃反應。30min后加入92ml去離子水攪拌15min后繼續(xù)加入80ml3％的雙氧水。離心洗至中心后，超聲均勻分散在乙醇溶液中。向石墨烯均勻分散的乙醇溶液中加入適量聚苯乙烯-二乙烯基苯-甲基丙烯酸縮水甘油酯微球，升溫攪拌1h后用水洗去多余氧化石墨烯得到氧化石墨烯包覆型聚合物基質。

取2ml的乙二胺溶于20ml的甲醇中，冰水浴攪拌下緩慢加入23g的丙烯酸甲酯，滴加完畢后緩慢升溫至20～30℃，攪拌反應18-24h，旋蒸除去多余反應物和甲醇溶劑，得到半代的聚酰胺-胺樹狀大分子。取5g半代聚酰胺-胺樹狀大分子溶解于20ml甲醇中，冰水浴攪拌下緩慢滴加15g的乙二胺，滴加完畢后慢升溫至20～30℃，攪拌反應18-24h，旋蒸提純后得到第一代聚酰胺-胺樹狀大分子。依次加入丙烯酸甲酯和乙二胺試劑重復上述兩步驟，可以制備出含有更多末端胺基的第二代聚酰胺-胺樹狀大分子。

以乙醇為溶劑，將制備的第二代聚酰胺-胺樹狀大分子與氧化石墨烯包覆的聚合物微球70℃反應，接枝到氧化石墨烯包覆微球的表面，再用1,4-丁二醇而縮水甘油醚進一步修飾后制備出對生物小分子具有吸附性能的吸附材料。用于進一步修飾的1,4-丁二醇而縮水甘油醚試劑的濃度為30％。

實施例三

將制備的以樹狀大分子為修飾材料的氧化石墨烯包覆聚合物為基質的吸附材料通過濕法裝柱裝入不銹鋼柱管(150mm×4.6mmi.d.)內(nèi)。以ultimate3000液相色譜配賽默飛uvd340u紫外檢測器分別測定制備的吸附材料對油酸、亞油酸和氨基酸的吸附能力。將配制濃度為20mm的待測分子溶液作為流動相，流速為1.0ml/min.油酸亞油酸的檢測波長為230nm,氨基酸的檢測波長為210nm。

測試前先以1.0ml/min的流速的去離子水將色譜柱沖洗30分鐘，待信號穩(wěn)定后，將流動相改成待測生物小分子溶液，保持流速為1.0ml/min不變，紫外檢測器測定流出液的信號。開始，流動相中的生物小分子被色譜柱內(nèi)的填料吸收，流出液中不含有小分子，紫外基線平穩(wěn)。當色譜柱吸收達到飽和后，生物小分子開始出現(xiàn)在流出液中，紫外檢測器信號會出現(xiàn)突越。色譜填料對小分子的吸附能力可以通過一下公式計算出：

a＝vc(t-t0)

其中，v為流動相流速，c為流動相中生物小分子的濃度，t為紫外信號出現(xiàn)突越的實踐，t0為色譜柱的死時間。

圖2是吸附劑吸附生物分子的突越曲線。將制備的吸附填料裝入不銹鋼柱管中，以ultimate3000液相色譜配賽默飛uvd340u紫外檢測器，分別以待吸附生物小分子物質20mm的溶液為淋洗液，檢測流出色譜柱液體的紫外信號。待色譜柱吸附達到飽和，流出液中含有生物小分子，紫外信號便會發(fā)生突越，根據(jù)流速和突越時間可以計算出吸附填料對小分子的吸附能力。

以上列舉的僅是本發(fā)明的部分具體實施例，顯然，本發(fā)明不限于以上實施例，還可以有許多變形，本領域的普通技術人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導出或聯(lián)想到的所有變形，均應認為是本發(fā)明的保護范圍。