一種比色納米纖維薄膜的制備方法及其用于鎘離子檢測的應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種比色納米纖維薄膜的制備方法及其用于鎘離子檢測的應用，其中，纖維薄膜的制備包括：(1)紡絲溶液的配置；(2)紡絲條件的探索。通過調節(jié)紡絲溶液和電紡參數(shù)(電場強度、噴絲口和收集板間距、紡絲液流速等)來研究摻雜濃度和電紡條件對纖維形態(tài)及鎘離子顯色的影響，研究找出最佳溶液配比和最佳紡絲條件，并將制備的納米纖維薄膜用于鎘離子可視化檢測。本發(fā)明可實現(xiàn)大規(guī)模的對水中殘留的鎘離子進行快速，方便檢測。
【專利說明】—種比色納米纖維薄膜的制備方法及其用于鎘離子檢測的應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種纖維薄膜及制備方法和用途，尤其是一種比色納米纖維薄膜的制備方法及其用于鎘離子檢測的應用。
【背景技術】
[0002]鎘是一種常見的有毒重金屬，在自然界中主要以鎘離子形式存在。鎘污染具有隱蔽性、長期性和累積性等特性，毒害效應短期難以察覺，但是通過食物鏈累積，將嚴重影響人體健康，近期的含鎘大米事件更是引發(fā)了人們對鎘污染的高度關注。
[0003]傳統(tǒng)的鎘離子檢測方法主要有紫外分光光度法、原子吸收光譜法、原子發(fā)射光譜法、電感耦合等離子體質譜法等。這些方法的特點是靈敏、準確，但是需要大型儀器設備，專門的分析技術人員，分析成本高，分析時間長，前處理麻煩，不能同時檢測大量樣品，不適合現(xiàn)場及大規(guī)模的推廣應用。
[0004]近年來，國內外學者對鎘離子的快速檢測技術進行了許多研究，產(chǎn)生了許多快速檢測方法，主要有酶分析法、免疫分析方法、試紙法、生物化學傳感器法等。與傳統(tǒng)的檢測方法相比，大部分快速檢測方法靈敏度和準確性較低，但其具有檢測快速、操作簡便、成本低廉等優(yōu)點，非常適合現(xiàn)場快速檢測。因此，尋找實現(xiàn)大規(guī)模的對水中的重金屬鎘離子進行快速、方便的檢測方法成為本領域技術人員關注的熱點。
【發(fā)明內容】
[0005]針對現(xiàn)有技術存在的缺點或不足，本發(fā)的明目的在于，提供一種比色納米纖維薄膜的制備方法，并將制備的比色納米纖維薄膜用于鎘離子檢測的用途。
[0006]為了實現(xiàn)上述任務，本發(fā)明采取如下的技術解決方案:
[0007]—種比色納米纖維薄膜的制備方法，其特征在于，該方法采用靜電紡絲法，具體操作步驟如下:
[0008]先將PMMA，二苯卡巴肼，納米SiO2和溶劑按照質量百分比為30wt%，5wt%, 5wt%,60wt%的比例進行混合，得到摻雜紡絲溶液，其中，溶劑為N，N- 二甲基甲酰胺溶液；再將摻雜紡絲溶液置于靜電紡絲機上進行60min的靜電紡絲，靜電紡絲時正負極之間距離為15cm,電壓為10kV，紡絲溶液流速為0.02mL/min，得到的纖維由接負極的錫紙收集，得到摻雜有二苯卡巴肼和納米SiO2的PMMA組成的比色纖維薄膜。
[0009]根據(jù) 申請人:實驗證明，所制備的比色纖維薄膜置于含有鎘離子的溶液中浸泡3min，從而實現(xiàn)對鎘離子的檢測，顯色過后，將纖維薄膜晾干，然后測其固體紫外吸收。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1本發(fā)明的方法原理示意圖；
[0011]圖2是目標產(chǎn)物使用掃描電子顯微鏡(SEM)進行表征的結果之一，其中，a)圖是PMMA纖維的電鏡圖片，b)圖是摻雜DPC的PMMA纖維電鏡圖片，c)圖是摻雜SiO2和DPC的PMMA纖維電鏡圖片，d)圖是PMMA纖維直徑分布直方圖，e)圖是摻雜DPC的PMMA纖維直徑分布直方圖，f)圖是摻雜DPC和SiO2的PMMA纖維直徑分布直方圖，由a)圖?c)圖的SEM照片可見，目標產(chǎn)物為微米纖維組成的網(wǎng)狀薄膜；纖維直徑為1.5±0.2μπι。
[0012]圖3是目標產(chǎn)物對鎘離子比色檢測之后使用IPP進行表征的結果，結果表明摻雜納米SiO2能明顯提高纖維薄膜的顯色強度，其中，I)為摻雜DPC的PMMA纖維薄膜，2)為摻雜DPC和SiO2的PMMA纖維薄膜。
[0013]圖4是對制的的目標產(chǎn)物使用固體紫外進行表征的結果之一。其中右邊是顯色的顏色變化，表征時候的最大吸收波長為523nm。
[0014]圖5是將目標產(chǎn)物浸入相同濃度的不同金屬離子鹽溶液后，使用IPP對其顯色進行表征的結果。由其可見，目標產(chǎn)物對二價鎘離子有很好的選擇性。
[0015]以下結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
【具體實施方式】
[0016]按照本發(fā)明的技術方案，比色納米纖維薄膜的制備采用的原料為PMMA、二苯卡巴肼、納米SiO2和溶劑，在以下的實施例中，比色纖維薄膜中摻雜二苯卡巴肼，用于鎘離子顯色。比色纖維薄膜中摻雜納米SiO2，用于增加纖維表面的粗糙度，提高纖維的比表面積，從而增強鎘離子顯色強度(圖1)。
[0017]以下是發(fā)明人給出的具體實施例。
[0018]實施例1:比色納米纖維薄膜的制備
[0019]為了考察不同的紡絲影響因素因素(電壓，流速，質量分數(shù))對摻雜PMMA納米纖維形貌的影響，探索摻雜前電紡PMMA的最佳紡絲條件，以及觀察不同濃度PMMA對紡絲纖維形態(tài)的影響。在紡絲液(DMF)中添加不同濃度的PMMA (質量分數(shù)20wt%，25wt%，30wt%)，然后電紡制備比色纖維薄膜。
[0020]在紡絲液中添加不同濃度的納米SiO2 (質量分數(shù)lwt%, 3wt%, 5wt%, 8wt%),DPC (質量分數(shù)lwt%, 3wt%, 5wt%, 8wt%)和PMMA (30wt%)紡成不同的復合納米纖維，DMF為紡絲溶齊U，考察不同的紡絲工藝參數(shù)對摻雜Si02、DPC和PMMA纖維形貌的影響，探索摻雜納米SiO2和DPC后的最佳紡絲條件和最佳顯色條件。
[0021]由于加入的DPC和SiO2微粒濃度不同，所以形成納米纖維形態(tài)也有差異。用SEM進行觀察測定納米纖維直徑分布和形貌特征，分析PMMA納米纖維摻雜DPC和SiO2前后直徑和形態(tài)差異(圖2a?圖2c)，隨著DPC的加入，紡絲的纖維表面沒有明顯變化，紡絲直徑加粗。加入SiO2后紡絲的直徑變化不明顯，但是紡絲表面變粗糙。
[0022]取少量納米纖維膜樣品用導電膠粘于樣品臺上，待樣品噴金后用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察纖維的微觀形貌。得到的SEM照片，用Image-ProPluS6.0軟件對其中的纖維進行直徑測量，采用隨機抽樣方法，隨機量取照片中100根纖維的直徑，對其直徑分布進行統(tǒng)計，繪制直徑分布圖并計算平均直徑(圖2d?圖2f)，由直徑分布圖看出，摻雜DPC使纖維的直徑變大，摻雜SiO2對纖維直徑影響不大。
[0023]確定的比色納米纖維薄膜的制備如圖1所述，具體操作的步驟是:
[0024]先將PMMA，二苯卡巴肼，納米SiO2和溶劑按照質量百分比為30wt%，5wt%, 5wt%,60wt%的比例進行混合，得到摻雜紡絲溶液，其中，溶劑為N，N- 二甲基甲酰胺溶液；再將摻雜紡絲溶液置于靜電紡絲機上進行60min的靜電紡絲，靜電紡絲時正負極之間距離為15cm,電壓為IOkV,紡絲溶液流速為0.02mL/min，得到的纖維由接負極的錫紙收集，纖維直徑為1.5±0.2μπι，纖維表面粗糙且有明顯凹凸(圖2c)，得到摻雜有二苯卡巴肼和納米SiO2的PMMA組成的比色纖維薄膜。
[0025]實施例2:
[0026]在室溫的條件下，把剪好的比色納米纖維薄膜依次放入到IOmL含有不同濃度(IO^1M, 10-2Μ、10-3Μ、10-4Μ、10-5Μ、10-6Μ、10-7Μ、10-8Μ、I(T9M)鎘離子溶液中，放置 3min，直到觀察檢測的納米纖維薄膜顏色保持不變后，迅速將薄膜試紙取出。最后，在室溫下風干得到的已顯色的纖維薄膜試紙。用Image-Pro Plus6.0軟件統(tǒng)計其顯色強度，并比較摻雜DPC的PMMA纖維薄膜和摻雜DPC和SiO2的PMMA纖維薄膜對鎘離子的顯色情況(圖3)。由圖可知摻雜SiO2之后纖維薄膜對鎘離子的顯色加強。最后，在室溫下風干得到的已顯色的比色納米纖維薄膜，使用日立U-410-紫外可見分光光度計測量纖維膜中的二苯卡巴肼與鎘離子結合后的吸收強度(圖4)，隨著鎘離子濃度的升高，摻雜DPC和SiO2的PMMA纖維薄膜對鎘離子的顯色加強，并且在523nm處的固體最大吸收值增大。
[0027]特異性實驗:
[0028]配制含IO-4M 的其他重金屬離子(Ag+，Al3+，Na+，Mg2+，Ca2+，Mn2+，K+，Ba2+，F(xiàn)e3+ 和 Fe2+)和10_4M Cd2+的混合溶 液，然后將比色納米纖維薄膜依次放入到已配好的混合溶液中，放置3min，直到觀察檢測的比色納米纖維薄膜顏色保持不變后，迅速將比色納米纖維薄膜取出。并觀察其它金屬離子對鎘離子顯色的影響并用Image-PiO Plus6.0軟件統(tǒng)計其顯色強度(圖5)。試驗結果表明摻雜DPC和SiO2的PMMA纖維薄膜對鎘離子顯色具有較好的選擇性。
【權利要求】
1.一種比色納米纖維薄膜的制備方法，其特征在于，該方法采用靜電紡絲法，具體操作步驟如下: 先將PMMA，二苯卡巴肼，納米SiO2和溶劑按照質量百分比為30wt%，5wt%，5wt%，60wt%的比例進行混合，得到摻雜紡絲溶液，其中，溶劑為N，N- 二甲基甲酰胺溶液；再將摻雜紡絲溶液置于靜電紡絲機上進行60min的靜電紡絲，靜電紡絲時正負極之間距離為15cm，電壓為10kV，紡絲溶液流速為0.02mL/min，得到的纖維由接負極的錫紙收集，得到摻雜有二苯卡巴肼和納米SiO2的PMMA組成的比色纖維薄膜。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的纖維直徑為1.5±0.2μπι，纖維表面粗糙且有明顯凹凸。
3.權利要求1或2所述方法得到的比色纖維薄膜用于鎘離子檢測的應用。
4.如權利要求3所述的應用，其特征在于，將比色纖維薄膜置于鎘離子污染的水中，放置3min，觀察其顏色變化，并使用紫外可見分光光度計測量纖維膜中的二苯卡巴肼與鎘離子結合后的吸收強度。
【文檔編號】D04H1/4382GK103993430SQ201410114283
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年3月25日 優(yōu)先權日:2014年3月25日
【發(fā)明者】王進義, 姚天宇 申請人:西北農(nóng)林科技大學