[發明專利]磁性包硅酵母嫁接聚乙烯亞胺生物復合材料的制備方法及其應用

無效

• 申請號: 201310625849.3
• 申請日: 2013-12-02
• 公開（公告）號: CN103657608A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 歐紅香;卞維柏;潘建明;吳才玉;黃衛紅;朱亞梅
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/62
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技術領域

本發明涉及磁性包硅酵母嫁接聚乙烯亞胺生物復合材料，尤其涉及吸附分離鈰離子、鍶離子的磁性包硅酵母嫁接聚乙烯亞胺生物復合材料的制備方法，屬環境功能材料制備技術領域。?

背景技術

生物材料來源廣，價格低廉，并具有獨特天然的形貌結構，尤其是微生物細胞，以其價廉、環境友好等優點成為極具潛力的制備微納米功能材料的生物模板。酵母作為一類重要的工業微生物，廣泛應用于食品、飲料等發酵行業，但酵母菌體機械強度低、易堵塞、不易收集分離等弱點限制了其廣泛利用。但利用酵母菌體作為基質材料，不僅可利用其來源廣、價廉易得、?官能團豐富、?與有機物兼容性高且可與無機材料形成穩定的鍵聯等優點，同時通過對其表面進行修飾還可改變其弱點。而且酵母表面豐富的官能基團，也提供了表面修飾的可能性。?

Fe₃O₄?(四氧化三鐵)納米粒子由于較強的超順磁性，成為一種應用廣泛的磁敏材料，但單純的四氧化三鐵納米粒子在使用中易團聚、耐酸性差，多次使用后易漏磁，近期我們將四氧化三鐵納米粒子負載于酵母細胞表面，并在其表面進行包硅處理，解決了磁性材料磁泄露和Fe₃O₄納米粒子團聚的問題。3-氯丙基三甲氧基硅烷（CP）既作為硅源又可作為偶聯劑。CP在一定條件下，能與羥基（-OH）反應，利用該性質與基質材料進行聚合形成表面包硅材料，并實現對磁性納米粒子的包覆。同時將分枝狀聚乙烯亞胺（PEI）作為一種水溶性高分子聚合物功能單體，利用CP作為偶聯劑將PEI功能單體嫁接到包硅磁性酵母基質材料上，制備磁性包硅酵母嫁接聚乙烯亞胺生物復合材料，并用于溶液中鈰離子、鍶離子的吸附，該研究尚未見報道。?

一些放射性金屬離子，比如鈰（Ce）、鍶（Sr）、鈾（U）、銫（Cs）等在稀土的開發利用中，會隨著廢液排出進入土壤、水體，破壞生態的平衡與人類的健康。與其他重金屬離子一樣，這些金屬離子具有不可降解性并可以通過食物鏈在身體內富集，引發組織器官的癌變。因此，在稀土礦的開發中，廢液在排放之前需要進行有效地預處理，減輕廢液對環境的破壞。?

發明內容

本發明的目的在于通過兩步溶液聚合法，制備磁性包硅酵母嫁接聚乙烯亞胺生物復合材料；并將制備的生物復合材料應用于鈰離子、鍶離子的吸附分離。?

本發明采用的技術方案是：?

首先將活化酵母與磁性納米顆粒超聲混合，混合物與三乙胺和3-氯丙基三甲氧硅烷在甲苯體系中反應，制備磁性包硅酵母（MY@SiO₂-Cl）。然后，3-氯丙基三甲氧硅烷作為偶聯劑，聚乙烯亞胺（PEI）為功能單體，在MY@SiO₂-Cl表面的氯基團與聚乙烯亞胺溶液發生取代反應，完成PEI在MY@SiO₂-Cl表面的嫁接，制備生物復合材料（MY@SiO₂-PEI），并用于吸附分離廢水中的鈰離子和鍶離子。

（1）?磁性包硅酵母（MY@SiO₂-Cl）的制備：利用溶液聚合法，將二氧化?

硅包覆于酵母細胞表面的同時，對細胞表面的納米四氧化三鐵顆粒進行包覆，制備步驟包括：

A．將干酵母溶于NaCl溶液中，均勻攪拌后，活化50?-70?min，得到酵母菌懸液；

B．離心收集離心管底部濃稠狀的酵母液，加入Fe₃O₄納米粒子，超聲1-?10分鐘，其中Fe₃O₄納米粒子的粒徑為800?nm；

C．將步驟B配制的酵母和Fe₃O₄納米粒子的混合物轉入三口燒瓶中，邊攪拌邊加入甲苯；同時往混合溶液中通入氮氣，繼續攪拌10?-?20分鐘；

D．往步驟C配制的混合物中加入三乙胺與3-氯丙基三甲氧硅烷；隨后在80-90℃下，反應9-11小時；

E．用永磁鐵收集分離產物，并用丙酮，甲醇和去離子水依次洗滌，然后在40?℃下烘干，備用。

（2）溶液聚合法表面嫁接制備生物復合材料，具體步驟如下：?

A．取磁性包硅酵母于燒杯中，然后邊攪拌邊加入聚乙烯亞胺溶液；

B．繼續攪拌，在90-100?℃條件下反應6-8小時，使PEI功能單體充分嫁接于磁性包硅酵母上，反應生成高度交聯的生物復合材料；

C．產物用永磁鐵收集分離，用去離子水洗滌多次，終產物在40?℃下烘干，備用。