基于团簇发光聚合物微球的铜离子清除与检测试剂、其制备方法及应用

本发明涉及铜离子清除与检测材料领域，特别涉及一种基于团簇发光聚合物微球的铜离子清除与检测试剂、其制备方法及应用。

背景技术：

1、铜作为典型的重金属，广泛应用于电池、制造业、金属涂层和精加工、冶金和化工行业这些工业产生的废水含有大量的重金属离子特别是铜离子，不仅对环境造成严重的污染，还会对危害人体，如胃肠道紊乱、肝脏与肾脏损害等。因此，国际饮用水标准对铜离子浓度有严格限制。

2、不仅要检测铜离子，还要最大限度的清除。目前，工业废水中铜离子的处理方法主要有膜过滤法、离子交换法、吸附法、化学沉淀法、纳米技术处理法、电化学法和高级氧化法等，其中常用的电化学处理方法如电凝聚法、电浮选法、电沉积法等处理效率较高，但能耗较高。吸附法是一种高效、高选择性、低成本的去除金属离子的方法。相比其他去除金属离子的方法，如化学沉淀、离子交换等，吸附法通常具有更低的设备投资和运行成本。吸附材料一般价格较低，且可以重复使用，进一步降低了处理成本。此外，吸附法的操作相对简单，不需要复杂的设备和维护，也减少了操作成本。

3、多孔聚合物微球具有多孔结构与较大的比表面，在吸附方面具有独特的优势。但是如果需要检测铜离子，就需要引入荧光分子或荧光颗粒。这无疑增加了合成难度，同时荧光分子或荧光颗粒也会造成环境污染。

4、综上所述，针对目前基于检测与吸附铜离子探针存在工艺复杂，稳定性差以及成本高等问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于团簇发光聚合物微球的铜离子清除与检测试剂、其制备方法及应用。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：本发明的第一方面，提供一种基于团簇发光聚合物微球的铜离子清除与检测试剂，其通过将单分散多孔交联聚苯乙烯微球进行磺酸化处理后得到，该试剂用于铜离子的清除和特异性检测。

3、本发明的第二方面，提供一种如上所述的试剂在铜离子特异性检测中的应用。

4、优选的是，应用方法为：将该试剂配制成分散液后与待测溶液混合孵育，然后检测混合物的荧光强度，根据预先构建的表征铜离子浓度与荧光强度关系的标准曲线分析得到待测溶液中的铜离子浓度。

5、优选的是，检测试剂配制成的分散液的浓度为1×104～1×106个颗粒/ml。

6、优选的是，，混合孵育的时间为15-60min。

7、优选的是，应用方法为：将该试剂配制成浓度为3×105个颗粒/ml的分散液，再后与待测溶液混合孵育30min，然后检测混合物的荧光强度，根据预先构建的表征铜离子浓度与荧光强度关系的标准曲线分析得到待测溶液中的铜离子浓度。

8、本发明的第三方面，提供一种如上所述的试剂在铜离子清除中的应用。

9、优选的是，应用方法为：

10、将该试剂加入含铜离子的待处理溶液中，添加量控制为每1l待处理溶液中添加10-50mg该试剂，室温下下孵育1.5-6h，过滤，所得滤液为清除铜离子后的溶液。

11、本发明的第四方面，提供一种如上所述的基于团簇发光聚合物微球的铜离子清除与检测试剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

12、1)提供单分散多孔交联聚苯乙烯微球；

13、2)将单分散多孔交联聚苯乙烯微球在质量浓度为95％的浓硫酸中，70℃加热处理3h，将所得产物倒入冰水中，冷却后过滤，用去离子水洗涤至中性，然后干燥至恒重，得到所述基于团簇发光聚合物微球的铜离子清除与检测试剂。

14、优选的是，步骤1)具体为：

15、1-1)制备ps种子微球：

16、1-1-1)取10g聚乙烯吡咯烷酮加入到300g无水乙醇中，将得到的溶液加入到500ml的反应器中，70℃下反应24h；

17、1-1-2)反应结束后，取40g苯乙烯、0.8g aibn加入到烧杯中，超声分散均匀后加入反应器中与s1-1-1得到的产物混合，然后通入n2 20min，反应24h；

18、1-1-3)反应结束后，将得到的产物在2000rpm下离心5min；

19、1-1-4)取离心后的固体产物用乙醇超声清洗3次，然后干燥过夜，得到ps种子微球。

20、1-2)制备单分散多孔交联聚苯乙烯微球：

21、1-2-1)取1.2g步骤1-1)制备的ps种子微球分散于40ml去离子中，超声溶解后，倒入反应器中，250rpm下搅拌60min；

22、1-2-2)在40ml浓度为0.375wt％的十二烷基硫酸钠水溶液中加入5ml甲苯、5ml邻苯二甲酸二丁酯，用细胞粉碎仪粉碎至分散均匀，然后将得到的混合液加入反应器中与步骤1-2-1)得到的产物混合，在30℃下反应24h；

23、1-2-3)反应结束后，将1g过氧化苯甲酰和10ml苯乙烯加入烧杯中混合均匀，然后再向烧杯中加入4ml二乙烯基苯和80ml浓度为0.25wt％的十二烷基硫酸钠水溶液，得到的混合液再加入到反应器中与步骤1-2-2)的产物混合，30℃下反应24h；

24、1-2-4)向反应器中加入2ml浓度为10wt％的聚乙烯醇水溶液，充入氮气15min，搅拌，加热到75℃，反应24h；

25、1-2-5)用蒸馏水和乙醇依次离心洗涤步骤1-2-4)得到的产物，然后将产物加入到四氢呋喃中，于70℃下洗涤10h，最后用去离子水和乙醇分别洗涤三次，真空干燥，得到单分散多孔交联聚苯乙烯微球。

26、本发明中的基于团簇发光聚合物微球的铜离子清除与检测试剂是基于发明人前期的专利cn115304882b基础上的改进得到的，与之不同的是，发明人在研究中发现单分散多孔交联聚苯乙烯微球在磺酸处理后具有如下特殊性能：1、覆盖整个可见光区域的宽发射(400-700nm)性能；2、与铜离子具有特异性吸附，能够用于进行铜离子的特异性检测及清除。基于此，本发明设计得到了一种基于团簇发光聚合物微球的铜离子清除与检测试剂、其制备方法以及其应用方法。

27、本发明的有益效果是：

28、本发明采用一步磺化单分散多孔聚苯乙烯交联微球法，制备得到了基于团簇发光聚合物微球的铜离子清除与检测试剂，基于团簇发光的聚合物荧光微球对铜离子具有优秀的检测能力，同时由于磺化处理后的磺酸基使得该聚合物微球具有卓越的铜离子清除能力，本发明为铜离子检测与清除提高了一种操作简单、经济、稳定性好的新方法；

29、本发明的试剂具有如下特点：(1)合成简单：通过一步磺化多孔聚苯乙烯微球即可得到；(2)稳定性好：依赖于非共轭、团簇发光体系产生的本征荧光具有优秀的荧光稳定性；(3)检测性能优秀：检测限为13.6nm，优于大部分铜离子传感器。(4)铜离子吸附能力优秀：铜离子吸附量55mg/g，可快速清除铜离子。

技术特征：

1.一种基于团簇发光聚合物微球的铜离子清除与检测试剂，其特征在于，其通过将单分散多孔交联聚苯乙烯微球进行磺酸化处理后得到，该试剂用于铜离子的清除和特异性检测。

2.一种如权利要求1所述的试剂在铜离子特异性检测中的应用。

3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，应用方法为：将该试剂配制成分散液后与待测溶液混合孵育，然后检测混合物的荧光强度，根据预先构建的表征铜离子浓度与荧光强度关系的标准曲线分析得到待测溶液中的铜离子浓度。

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，检测试剂配制成的分散液的浓度为1×104～1×106个颗粒/ml。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，混合孵育的时间为15-60min。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，应用方法为：将该试剂配制成浓度为3×105个颗粒/ml的分散液，再后与待测溶液混合孵育30min，然后检测混合物的荧光强度，根据预先构建的表征铜离子浓度与荧光强度关系的标准曲线分析得到待测溶液中的铜离子浓度。

7.一种如权利要求1所述的试剂在铜离子清除中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，应用方法为：

9.一种如权利要求1所述的基于团簇发光聚合物微球的铜离子清除与检测试剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求1所述的基于团簇发光聚合物微球的铜离子清除与检测试剂的制备方法，其特征在于，步骤1)具体为：

技术总结
本发明公开了一种基于团簇发光聚合物微球的铜离子清除与检测试剂、其制备方法及应用，该试剂通过将单分散多孔交联聚苯乙烯微球进行磺酸化处理后得到，该试剂用于铜离子的清除和特异性检测。本发明采用一步磺化单分散多孔聚苯乙烯交联微球法，制备得到了基于团簇发光聚合物微球的铜离子清除与检测试剂，基于团簇发光的聚合物荧光微球对铜离子具有优秀的检测能力，同时由于磺化处理后的磺酸基使得该聚合物微球具有卓越的铜离子清除能力，本发明为铜离子检测与清除提高了一种操作简单、经济、稳定性好的新方法。

技术研发人员：何良,白鹏利,南雪燕,刘志周,王彤
受保护的技术使用者：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5