本發(fā)明屬于環(huán)境功能材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種通過(guò)細(xì)乳液聚合制備核殼式酵母/苯乙烯分子印跡聚合物的方法，并應(yīng)用于選擇性吸附分離水環(huán)境中的氯酚類(lèi)污染物。

背景技術(shù)：
隨著工業(yè)技術(shù)，尤其是有機(jī)合成工業(yè)如農(nóng)藥、石油化工、燃料、塑料、醫(yī)藥等的迅速發(fā)展，有機(jī)化合物的產(chǎn)量和種類(lèi)與日俱增，其對(duì)水環(huán)境的污染范圍和程度也日益嚴(yán)重。它們大多是人工合成化學(xué)品，不易被自然微生物降解，容易在環(huán)境中累積，其中有些還具有對(duì)生物和人類(lèi)的毒害作用，甚至可能產(chǎn)生致癌、致畸、致突變效應(yīng)，構(gòu)成了對(duì)人類(lèi)健康以及自然生態(tài)系統(tǒng)的嚴(yán)重威脅。氯酚類(lèi)有機(jī)物可由酚類(lèi)化合物直接氯化或氯苯水解而來(lái)，是一類(lèi)典型的難降解有機(jī)污染物。由于氯酚類(lèi)有機(jī)物具有廣譜的抗、殺菌和殺蟲(chóng)功效而被作為殺蟲(chóng)劑、消毒劑和防腐劑廣泛使用，主要用于木材、蔬菜、皮革、涂料等的防腐劑及消毒劑，同時(shí)，還有許多工業(yè)合成的中間產(chǎn)物或作為農(nóng)藥，殺菌劑，殺真菌劑，制藥業(yè)等原材料使用。例如2,4-二氯苯酚和4-氯酚既是木材防腐劑又是5-氯酚和其它殺蟲(chóng)劑的生產(chǎn)原料；五氯酚鈉曾被作為防治血吸蟲(chóng)病的滅釘螺藥而大量使用，這均造成了對(duì)環(huán)境和水體的嚴(yán)重污染，因此，從水溶液中有效地去除氯酚是環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。各種水處理技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于治理水環(huán)境中的氯酚類(lèi)污染物，例如萃取法，吸附法，膜分離技術(shù)，氧化法，生物降解法，高級(jí)氧化法等。其中，吸附技術(shù)是一種既經(jīng)濟(jì)又行之有效的方法。目前，高分子吸附劑由于其良好的物理化學(xué)穩(wěn)定性、卓越的吸附容量和可再生特性已經(jīng)引起了越來(lái)越多的關(guān)注。然而，這種高分子吸附劑的選擇性能較差，不具備專(zhuān)一識(shí)別能力，因此，實(shí)現(xiàn)高選擇性吸附是吸附劑生產(chǎn)過(guò)程中的難點(diǎn)問(wèn)題之一。最近，分子印跡技術(shù)得到了大家的廣泛關(guān)注。分子印跡聚合物中含有很多特定形狀和大小的孔穴，孔穴內(nèi)具有特定排列的結(jié)合位點(diǎn)，并對(duì)模板分子的結(jié)構(gòu)具有一定的記憶和識(shí)別功能。分子印跡聚合物可對(duì)目標(biāo)污染物實(shí)現(xiàn)高選擇性吸附。制備分子印跡聚合物的方法有很多種，包括本體聚合，懸浮聚合，沉淀聚合，細(xì)乳液聚合和分散聚合等，其中細(xì)乳液聚合是制備分子印跡聚合物的常用方法。細(xì)乳液聚合是在亞微米單體液滴中引發(fā)成核，細(xì)乳液聚合方法合操作簡(jiǎn)單，并且獲得的產(chǎn)物純度也非常高。通過(guò)細(xì)乳液聚合制備的分子印跡聚合物具有較高的比表面積，卓越的吸附性能，可用于在水環(huán)境中選擇性吸附分離氯酚類(lèi)污染物。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的技術(shù)方案是指以細(xì)乳液方法制備核殼式酵母/苯乙烯分子印跡聚合物，引入酵母作為模板，并以甲基丙烯酸和苯乙烯為單體，以2,4-二氯苯酚（2,4-DCP）為模板分子，以二乙烯基苯為交聯(lián)劑，以十二烷基硫酸鈉為乳化劑，以過(guò)硫酸鉀為引發(fā)劑，采用細(xì)乳液聚合的方法制備生成核殼式酵母/苯乙烯分子印跡聚合物（MIPs），并應(yīng)用于在水環(huán)境中選擇性吸附分離2,4-二氯苯酚。技術(shù)方案細(xì)乳液聚合制備核殼酵母/苯乙烯分子印跡聚合物的方法，按以下步驟進(jìn)行：（1）制備油相將苯乙烯、二乙烯基苯、甲基丙烯酸和2,4-二氯苯酚混合形成油相，其中控制苯乙烯，二乙烯基苯，甲基丙烯酸和2,4-二氯苯酚的比例為(0.6-0.8)：(0.4-0.5)：(0.35-0.45)：(0.16-0.2)(mL/mL/mL/g)，將該油相在超聲條件(功率200W)下混合20-30min。（2）制備水相將十二烷基硫酸鈉溶解在去離子水中形成水相，其中控制十二烷基硫酸鈉與水的比例為(0.1-0.15)：(50-60)(g/mL)。（3）酵母的表面改性將3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)，乙醇，水和酵母菌(Yeast)混合，其中控制KH570，乙醇，水和醇母菌的比例為(5-7)：(40-50)：(10-15)：(1-1.2)(mL/mL/mL/g)，將混合液移入帶有攪拌棒的單口燒瓶中攪拌6-12h，溫度控制在60℃，反應(yīng)結(jié)束后，將混合液用甲醇和水的混合溶液清洗3-5次，其中控制甲醇和水的體積比為1：1，將獲得的表面改性后的酵母菌在真空30℃環(huán)境中干燥24h。（4）細(xì)乳液聚合制備核殼式酵母/苯乙烯分子印跡聚合物將步驟(1)中的油相與步驟(2)中的水相混合形成混合溶液A，其中控制油相與水相的體積比為(1.51-1.95)：(50-60)。在冰水溶保護(hù)的條件下，在細(xì)胞粉碎超聲儀上超聲細(xì)乳化17-20min，細(xì)胞粉碎超聲儀的工作條件為（450W，超聲2秒，間隙3秒）。然后將步驟（3）中獲得的表面改性后的酵母與混合溶液A混合，其中控制表面改性后的酵母與混合溶液A的比例為（1-1.2）：（51.51-61.95）（g/mL）,在超聲條件下，溶解20-30min，再將所得的細(xì)乳液轉(zhuǎn)入帶有攪拌棒，冷凝管和通氮?dú)庋b置的三口燒瓶中，控制攪拌速度為600rpm/min，室溫條件下先攪拌2h，使其充分溶脹后，升溫至70℃，加入過(guò)硫酸鉀(KPS)，其中控制過(guò)硫酸鉀與混合溶液A的比例為（0.03-0.04）：（51.51-61.95）（g/mL），反應(yīng)時(shí)間為20-24h，最終獲得核殼式酵母/苯乙烯分子印跡聚合物。（5）洗脫模板分子將獲得的核殼式酵母/苯乙烯分子印跡聚合物用乙醇和水的混合溶液清洗3-5次，其中乙醇和水的體積比為1：1，再用醋酸和甲醇配制洗脫劑，其中醋酸：甲醇的體積比為10：90，然后將制備獲得的核殼式酵母/苯乙烯分子印跡聚合物在索氏提取器中清洗10-14天，再用去離子水洗至中性。特別注意的是，核殼式酵母/苯乙烯非印跡聚合物（MNIPs）的制備方法與上述核殼式酵母/苯乙烯分子印跡聚合物的制備方法相同，只是在步驟（1）的油相中不添加模板分子2,4-二氯苯酚，并且不存在步驟（5）。上述的技術(shù)方案中所采用的聚合方法為細(xì)乳液聚合。上述的技術(shù)方案中所述的酵母，其作用為模板。上述的技術(shù)方案中所述的2,4-二氯苯酚，其作用為模板分子。上述的技術(shù)方案中所述的甲基丙烯酸，其作用為單體。上述的技術(shù)方案中所述的苯乙烯，其作用為單體。上述的技術(shù)方案中所述的過(guò)硫酸鉀，其作用為引發(fā)劑。上述的技術(shù)方案中所述的二乙烯基苯，其作用為交聯(lián)劑。上述的技術(shù)方案中所述的十二烷基硫酸鈉，其作用為乳化劑。本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：該產(chǎn)品是核殼式酵母/苯乙烯分子印跡聚合物，通過(guò)細(xì)乳液聚合制備獲得，其中酵母作為模板，通過(guò)細(xì)乳液聚合形成了大量的亞微米級(jí)的分子印跡聚合物分布在酵母表面，并且在這些分子印跡聚合物表面含有多個(gè)模板分子留下的特定形狀和大小的孔穴，孔穴內(nèi)具有特定排列的結(jié)合位點(diǎn)，分子印跡聚合物可對(duì)目標(biāo)污染物實(shí)現(xiàn)高選擇性吸附。該聚合物用作吸附劑，具有較強(qiáng)的選擇性吸附性能和熱穩(wěn)定性能。附圖說(shuō)明圖1為純酵母和實(shí)施例1中制備的核殼式酵母/苯乙烯分子印跡聚合物的掃描電鏡圖，其中a圖為純酵母，從圖中可以看出，酵母呈現(xiàn)橢圓形，表面光滑，大小為3-4μm，b圖為以酵母為模板，通過(guò)細(xì)乳液聚合制備的核殼式酵母/苯乙烯分子印跡聚合物的形貌，從圖中可以看出，在酵母表面分布著大量的亞微米級(jí)別的聚合物，這些聚合物的表面呈現(xiàn)了大量的模板分子留下的具有特定形狀和大小的孔穴，這些孔穴可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)污染物的高選擇性吸附。圖2為實(shí)施例2的紅外光譜圖，對(duì)比了純酵母(a)，KH570修飾后的酵母(b)，核殼式酵母/苯乙烯分子印跡聚合物(c)和非印跡聚合物(d)的紅外光譜圖。從圖2(b)中可以看出，在KH570修飾后的酵母中，在1716cm-1處出現(xiàn)的峰為KH570的C=O鍵，在圖2（c）和圖2（d）1732和2856cm-1處出現(xiàn)的峰為甲基丙烯酸中的C=O和CH2的伸縮振動(dòng)峰，在圖2（c）和圖2（d）中3029和3090cm-1處出現(xiàn)的峰對(duì)應(yīng)為聚合物苯環(huán)上的C-H結(jié)合的伸縮振動(dòng)峰。具體實(shí)施方式上述技術(shù)方案中所述的吸附性能分析測(cè)試方法具體為：（1）靜態(tài)吸附試驗(yàn)將裝有10mL不同濃度的2,4-二氯苯酚溶液加入到比色管中，分別加入10mg核殼式酵母/苯乙烯分子印跡聚合物和非印跡聚合物，放在不同溫度的恒溫水浴中靜置12h，考察測(cè)試溶液中2,4-二氯苯酚的初始濃度和反應(yīng)溫度對(duì)吸附劑吸附性能的影響；飽和吸附后，吸附劑經(jīng)過(guò)高速離心進(jìn)行收集，未吸附的2,4-二氯苯酚的濃度用紫外光譜分析，并根據(jù)結(jié)果計(jì)算出吸附容量(Qe，mg/g)：其中C0(mg/L)和Ce(mg/L)分別是吸附前后2,4-二氯苯酚的濃度，W(g)為吸附劑用量，V(mL)為測(cè)試液體積。本發(fā)明中使用的酵母菌可以為市場(chǎng)上能買(mǎi)到的所有商品化產(chǎn)品。下面結(jié)合具體實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1：1、利用細(xì)乳液聚合制備核殼式酵母/苯乙烯分子印跡聚合物的方法，其制備方法按照下述步驟進(jìn)行：（1）制備油相將苯乙烯、二乙烯基苯、甲基丙烯酸和2,4-二氯苯酚混合形成油相，其中控制苯乙烯，二乙烯基苯，甲基丙烯酸和2,4-二氯苯酚的比例為0.6：0.4：0.35：0.16(mL/mL/mL/g)。將該油相在超聲條件(功率200W)下混合20-30min。（2）制備水相將十二烷基硫酸鈉溶解在去離子水中形成水相，基中控制十二烷基硫酸鈉與水的比例為0.1：50(g/mL)。（3）酵母的表面改性將3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)，乙醇，水和酵母菌(Yeast)混合，其中控制KH570，乙醇，水和醇母菌的比例為5：40：10：1(mL/mL/mL/g)，將混合液移入帶有攪拌棒的單口燒瓶中攪拌6h，溫度控制在60℃，反應(yīng)結(jié)束后，將混合液用乙醇和水的混合溶液清洗3次，其中控制乙醇和水的比例為1：1(V：V)，將獲得的表面改性后的酵母菌在真空30℃環(huán)境中干燥24h。（4）細(xì)乳液聚合制備核殼式酵母/苯乙烯分子印跡聚合物將步驟(1)中的油相與步驟(2)中的水相混合，其中控制油相與水相的比例為1.51：50(mL/mL)。在冰水溶保護(hù)的條件下，在細(xì)胞粉碎超聲儀上超聲細(xì)乳化17min，細(xì)胞粉碎超聲儀的工作條件為（450W，超聲2秒，間隙3秒）。然后將步驟（3）中獲得的表面改性后的酵母與混合溶液A混合，其中控制表面改性后的酵母與混合溶液A的比例為（1：51.51）（g/mL），在超聲條件下，溶解20min，再將所得的細(xì)乳液轉(zhuǎn)入帶有攪拌棒，冷凝管和通氮?dú)庋b置的三口燒瓶中，控制攪拌速度為600rpm/min，室溫條件下先攪拌2h，使其充分溶脹后，升溫至70℃，加入過(guò)硫酸鉀(KPS)，其中控制過(guò)硫酸鉀與混合溶液A的比例為（0.03：51.51）（g/mL）反應(yīng)時(shí)間為20h，最終獲得核殼式酵母/苯乙烯分子印跡聚合物。（5）洗脫模板分子將獲得的核殼式酵母/苯乙烯分子印跡聚合物用甲醇和水的混合溶液清洗3次，其中甲醇和水的比例為1：1（V：V），再用醋酸和甲醇配制洗脫劑，其中醋酸：甲醇的比例為10：90（V/V），然后將制備獲得的核殼式酵母/苯乙烯分子印跡聚合物在索氏提取器中清洗10天，再用去離子水洗至中性。特別注意的是，核殼式酵母/苯乙烯非印跡聚合物（MNIPs）的制備方法與上述核殼式酵母/苯乙烯分子印跡聚合物的制備方法相同，只是在步驟（1）的油相中不添加模板分子2,4-二氯苯酚，并且不存在步驟（5）。圖1為實(shí)施例1中純酵母和制備完成的核殼式酵母/苯乙烯分子印跡聚合物的掃描電鏡圖。2、吸附性能分析測(cè)試：（1）靜態(tài)吸附試驗(yàn)將裝有10mL不同濃度的2,4-二氯苯酚溶液加入到比色管中，濃度分別為10，30，50，80，100，150，200，300和400mg/L，在比色管中分別加入10mg核殼式酵母/苯乙烯分子印跡聚合物和非印跡聚合物，放在25℃恒溫水浴中靜置12h，考察測(cè)試溶液中2,4-二氯苯酚的初始濃度對(duì)聚合物吸附性能的影響；飽和吸附后，吸附劑經(jīng)過(guò)高速離心進(jìn)行收集，未吸附的2,4-二氯苯酚的濃度用紫外光譜分析，根據(jù)公式計(jì)算結(jié)果。結(jié)果顯示：核殼式酵母/苯乙烯分子印跡聚合物在25℃時(shí)對(duì)2,4-二氯苯酚的飽和吸附容量明顯高于非印跡聚合物。實(shí)施例2：利用細(xì)乳液聚合制備核殼式酵母/苯乙烯分子印跡聚合物的方法，其制備方法按照下述步驟進(jìn)行：（1）制備油相將苯乙烯、二乙烯基苯、甲基丙烯酸和2,4-二氯苯酚混合形成油相，其中控制苯乙烯，二乙烯基苯，甲基丙烯酸和2,4-二氯苯酚的比例為0.8：0.5：0.45：0.2(mL/mL/mL/g)。將該油相在超聲條件(功率200W)下混合20-30min。（2）制備水相將十二烷基硫酸鈉溶解在去離子水中形成水相，基中控制十二烷基硫酸鈉與水的比例為0.15：60(g/mL)。（3）酵母的表面改性將3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)，乙醇，水和酵母菌(Yeast)混合，其中控制KH570，乙醇，水和醇母菌的比例為7：50：15：1.2(mL/mL/mL/g)，將混合液移入帶有攪拌棒的單口燒瓶中攪拌12h，溫度控制在60℃，反應(yīng)結(jié)束后，將混合液用乙醇和水的混合溶液清洗5次，其中控制乙醇和水的比例為1：1(V：V)，將獲得的表面改性后的酵母菌在真空30℃環(huán)境中干燥24h。（4）細(xì)乳液聚合制備核殼式酵母/苯乙烯分子印跡聚合物將步驟(1)中的油相與步驟(2)中的水相混合，其中控制油相與水相的比例為1.95：60(mL/mL)。在冰水溶保護(hù)的條件下，在細(xì)胞粉碎超聲儀上超聲細(xì)乳化20min，細(xì)胞粉碎超聲儀的工作條件為（450W，超聲2秒，間隙3秒）。然后將步驟（3）中獲得的表面改性后的酵母與混合溶液A混合，其中控制表面改性后的酵母與混合溶液A的比例為（1.2：61.95）（g/mL），在超聲條件下，溶解30min，再將所得的細(xì)乳液轉(zhuǎn)入帶有攪拌棒，冷凝管和通氮?dú)庋b置的三口燒瓶中，控制攪拌速度為600rpm/min，室溫條件下先攪拌2h，使其充分溶脹后，升溫至70℃，加入過(guò)硫酸鉀(KPS)，其中控制過(guò)硫酸鉀與混合溶液A的比例為（0.04：61.95）（g/mL），反應(yīng)時(shí)間為24h，最終獲得核殼式酵母/苯乙烯分子印跡聚合物。（5）洗脫模板分子將獲得的核殼式酵母/苯乙烯分子印跡聚合物用甲醇和水的混合溶液清洗5次，其中甲醇和水的比例為1：1（V：V），再用醋酸和甲醇配制洗脫劑，其中醋酸：甲醇的比例為10：90（V/V），然后將制備獲得的核殼式酵母/苯乙烯分子印跡聚合物在索氏提取器中清洗14天，再用去離子水洗至中性。特別注意的是，核殼式酵母/苯乙烯非印跡聚合物（MNIPs）的制備方法與上述核殼式酵母/苯乙烯分子印跡聚合物的制備方法相同，只是在步驟（1）的油相中不添加模板分子2,4-二氯苯酚，并且不存在步驟（5）。圖2為實(shí)施例2中制備的純酵母，KH570修飾后的酵母，核殼式酵母/苯乙烯分子印跡聚合物和非印跡聚合物的紅外光譜圖。2、吸附性能分析測(cè)試：（1）靜態(tài)吸附試驗(yàn)1將10mL濃度為100mg/L的2,4-二氯苯酚溶液加入到比色管中，分別加入10mg核殼式酵母/苯乙烯分子印跡聚合物和非印跡聚合物，分別在15℃，25℃和35℃恒溫水浴中靜置12h，考察不同反應(yīng)溫度對(duì)聚合物吸附性能的影響；飽和吸附后，吸附劑經(jīng)過(guò)高速離心進(jìn)行收集，未吸附的2,4-二氯苯酚的濃度用紫外光譜分析，根據(jù)公式計(jì)算結(jié)果。結(jié)果代入吉布斯自由能公式進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果顯示：通過(guò)吉布斯自由能公式，求得ΔHo的值為0.0049，ΔSo的值為0.037，三個(gè)不同溫度下對(duì)應(yīng)的ΔG分別為-4.154，-5.694和-6.574。ΔHo>0說(shuō)明吸附過(guò)程是吸熱的，ΔG<0表明吸附劑對(duì)2,4-二氯苯酚的吸附是自發(fā)的。（2）靜態(tài)吸附試驗(yàn)2將10mL濃度為150mg/L的2,4-二氯苯酚溶液加入到比色管中，分別加入10mg磁性分子印跡聚合物和磁性非印跡聚合物，分別在15℃，25℃和35℃恒溫水浴中靜置12h，考察不同反應(yīng)溫度對(duì)聚合物吸附性能的影響；飽和吸附后，吸附劑經(jīng)過(guò)高速離心進(jìn)行收集，未吸附的2,4-二氯苯酚的濃度用紫外光譜分析，根據(jù)公式計(jì)算結(jié)果。結(jié)果代入吉布斯自由能公式進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果顯示：通過(guò)吉布斯自由能公式，求得ΔHo的值為0.0057，ΔSo的值為0.035，三個(gè)不同溫度下對(duì)應(yīng)的ΔG分別為-6.357，-7.429和-7.251。ΔHo>0說(shuō)明吸附過(guò)程是吸熱的，ΔG<0表明吸附劑對(duì)2,4-二氯苯酚的吸附是自發(fā)的。