可同時(shí)識(shí)別并高效降解四環(huán)素的納米復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用與流程

本發(fā)明屬于納米復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可同時(shí)識(shí)別并高效降解四環(huán)素的納米復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

抗生素是由微生物產(chǎn)生的在低濃度下能抑制其它微生物生長(zhǎng)的小分子天然有機(jī)化合物，它的種類(lèi)有很多種，常見(jiàn)的如四環(huán)素、土霉素、強(qiáng)力霉素等。其中四環(huán)素是目前臨床使用最廣泛的廣譜類(lèi)抗生素之一，被廣泛地用于人類(lèi)和動(dòng)物疾病的預(yù)防和治療以及用作牲畜飼養(yǎng)的生長(zhǎng)促進(jìn)劑。我國(guó)是抗生素生產(chǎn)和使用大國(guó)，而且濫用情況嚴(yán)重。近年來(lái)，為有效預(yù)防和治療畜禽、魚(yú)類(lèi)的疾病，一些不法分子為了經(jīng)濟(jì)效益，常濫用這類(lèi)藥物，致使在動(dòng)物性食品中大量殘留，不僅危害人體健康，而且更為嚴(yán)重的是，通過(guò)各種代謝途徑和遷移轉(zhuǎn)化途徑，四環(huán)類(lèi)抗生素已經(jīng)在土壤、地表水、地下水等環(huán)境介質(zhì)檢出，而且該類(lèi)物質(zhì)具有慢性毒性和積蓄毒性等危害，已經(jīng)對(duì)人體和生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)巨大威脅，如導(dǎo)致耐藥性細(xì)菌或病毒的產(chǎn)生。因此，發(fā)展簡(jiǎn)便、靈敏和高選擇性的檢測(cè)技術(shù)或方法對(duì)于監(jiān)控環(huán)境中四環(huán)素類(lèi)抗生素污染等具有重要意義。因此，控制四環(huán)素的使用，實(shí)施對(duì)畜禽產(chǎn)品以及環(huán)境中四環(huán)素的簡(jiǎn)便、靈敏和高選擇性檢測(cè)分析十分重要。

此外，在檢測(cè)出四環(huán)素類(lèi)抗生素超標(biāo)后對(duì)其進(jìn)行有效的降解也顯得至關(guān)重要。目前，四環(huán)素的去除方法主要有生物法、物理吸附法和化學(xué)降解法等等。生物法降解四環(huán)素的影響因素及降解條件相對(duì)比較復(fù)雜，且較高濃度的殘留四環(huán)素會(huì)對(duì)微生物產(chǎn)生抑制作用和殺滅作用。所以，處理高濃度的殘留四環(huán)素主要依靠物理吸附法或者化學(xué)降解法。然而，建立在納米材料基礎(chǔ)上的物理吸附法對(duì)四環(huán)素雖然有很大的吸附比，但是該法未能從根本上實(shí)現(xiàn)四環(huán)素的降解。因而對(duì)四環(huán)素的降解目前采用的還是以化學(xué)法為主。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種可同時(shí)識(shí)別并高效降解四環(huán)素的納米復(fù)合材料的制備方法和應(yīng)用，該復(fù)合材料對(duì)四環(huán)素具有高靈敏性識(shí)別及高效降解性，且其制備工藝簡(jiǎn)單，易于推廣，具有一定的應(yīng)用前景。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

可同時(shí)識(shí)別并高效降解四環(huán)素的納米復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟一，高嶺土@Ag的制備：將高嶺土超聲分散在水中，加熱至75-85℃，邊攪拌邊加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液pH值為10.6-12.1，先滴加硝酸銀的水溶液攪拌1-2h后加入乙醇繼續(xù)攪拌1-2h，再加入硝酸銀的水溶液和檸檬酸三鈉攪拌2-4h，離心收集產(chǎn)物，分別用水、乙醇洗滌至上清液無(wú)色透明，真空干燥，得高嶺土@Ag；

步驟二，高嶺土@Ag@APTES的制備：將步驟一制得的高嶺土@Ag 與APTES（氨丙基三乙氧基硅烷）超聲分散溶于1甲苯中，于80-100℃下攪拌16-24h，離心收集產(chǎn)物，用乙醇洗滌，真空干燥，得高嶺土@Ag@APTES；

步驟三，高嶺土@Ag@檸檬酸的制備：將檸檬酸溶于DMF和水的混合溶液中，超聲分散下依次加入NHS、EDC、DDC各10mg，常溫?cái)嚢?-6h后，加入步驟二制得的高嶺土@Ag@APTES，繼續(xù)常溫?cái)嚢?6-24 h，離心收集產(chǎn)物，依次用DMF、蒸餾水洗滌后，真空干燥，得高嶺土@Ag@檸檬酸；

步驟四，高嶺土@Ag@檸檬酸-Eu的制備：

將步驟三制得的高嶺土@Ag@APTES@檸檬酸溶于乙醇中超聲分散，加入到含有六水合硝酸銪的乙醇溶液中，60-70℃下攪拌5-8 h，離心收集產(chǎn)物，依次用乙醇、蒸餾水洗滌后，真空干燥，即得所述高嶺土@Ag@檸檬酸-Eu。

更進(jìn)一步地，步驟一中所述氫氧化鈉溶液的濃度為0.2-0.26mol/L，步驟一中所述攪拌速度為1200-1800r/min。

更進(jìn)一步地，步驟一中加入的硝酸銀與高嶺土的質(zhì)量比為3.26~6.52:400~800，先滴加的硝酸銀與再加入的硝酸銀的摩爾比為1.6~2.56:1，加入的硝酸銀的濃度為0.12-0.15mol/L，再加入的硝酸銀和加入的檸檬酸三鈉的摩爾比為1.2~1.5:2.3。

更進(jìn)一步地，步驟二中所述高嶺土@Ag與APTES的質(zhì)量比為2.01:1。

更進(jìn)一步地，步驟三中所述DMF和水的混合溶液中，DMF和水的體積比為1:1，加入的檸檬酸、NHS、EDC、DDC和高嶺土@Ag@APTES的質(zhì)量比為5:1:1:1:20。

更進(jìn)一步地，步驟四中所述加入的高嶺土@Ag@APTES@檸檬酸與六水合硝酸銪的質(zhì)量比為5.6:1。

由上述的可同時(shí)識(shí)別并高效降解四環(huán)素的納米復(fù)合材料的制備方法制得的可同時(shí)識(shí)別并高效降解四環(huán)素的納米復(fù)合材料在檢測(cè)和降解四環(huán)素中的應(yīng)用。

本發(fā)明還提供可同時(shí)識(shí)別并高效降解四環(huán)素的納米復(fù)合材料在檢測(cè)和降解四環(huán)素中的應(yīng)用，具體如下：

將高嶺土@Ag@檸檬酸-Eu加入的Tris-HCl（pH=7.1）緩沖溶液中，超聲分散后置于比色皿中，測(cè)得初始熒光圖，配置四環(huán)素溶液，以50nM的濃度梯度依次加入到上述高嶺土@Ag@檸檬酸-Eu體系中，分別測(cè)其熒光圖，通過(guò)數(shù)據(jù)擬合以后得出高嶺土@Ag@檸檬酸-Eu對(duì)四環(huán)素的檢測(cè)限，取出檢測(cè)了四環(huán)素后的高嶺土@Ag@檸檬酸-Eu，得高嶺土@Ag@檸檬酸-Eu-TC；

將上述高嶺土@Ag@檸檬酸-Eu-TC在模擬太陽(yáng)光的照射條件下進(jìn)行光降解測(cè)試，每間隔5min測(cè)試其紫外吸收譜圖和熒光譜圖，直至紫外吸收譜圖和熒光譜圖上均檢測(cè)不到四環(huán)素的原始激發(fā)或者發(fā)射峰。

更進(jìn)一步地，所述四環(huán)素溶液的濃度為0.0001M。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

第一：本發(fā)明制備的納米復(fù)合材料能夠?qū)崿F(xiàn)水相中四環(huán)素的超靈敏快速檢測(cè)，通過(guò)熒光光譜儀可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境中四環(huán)素的超標(biāo)情況；

第二：本發(fā)明制備的納米復(fù)合材料在太陽(yáng)光照射下還能實(shí)現(xiàn)四環(huán)素的降解，將環(huán)境中超標(biāo)的四環(huán)素徹底去除干凈；

第三：本發(fā)明的納米復(fù)合材料的制備工藝簡(jiǎn)單，易于推廣，具有一定的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明制得的各中間產(chǎn)物及最終產(chǎn)物的透射電鏡圖或掃描透射電鏡圖，其中a為高嶺土的透射電鏡圖，b為高嶺土@Ag的透射電鏡圖，c為高嶺土@Ag@檸檬酸-Eu的透射電鏡圖，d為高嶺土@Ag@檸檬酸-Eu的掃描透射電鏡圖；

圖2為高嶺土和本發(fā)明制備的高嶺土@Ag的粉末衍射圖；

圖3為本發(fā)明制備的高嶺土@Ag@檸檬酸-Eu對(duì)四環(huán)素識(shí)別的熒光光譜圖；

圖4為本發(fā)明制備的高嶺土@Ag@檸檬酸-Eu-TC在模擬太陽(yáng)光光源下的降解紫外光譜圖；

圖5為本發(fā)明制備的高嶺土@Ag@檸檬酸-Eu-TC在模擬太陽(yáng)光光源下的降解熒光圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，下列實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限定本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1

步驟一，高嶺土管內(nèi)負(fù)載銀納米材料（高嶺土@Ag）的制備：

將高嶺土（400mg）超聲分散在50-100mL 水中，油浴加熱至85℃，加入0.2mol/L的氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)pH值為12.1（調(diào)節(jié)pH時(shí)強(qiáng)烈攪拌），緩慢滴加0.160mL硝酸銀水溶液（0.12mol/L），攪拌1h后加入25mL乙醇繼續(xù)攪拌1h，再加入0.1 mL硝酸銀水溶液（0.12mol/L）和0.1mL的檸檬酸三鈉水溶液（0.23mol/L）攪拌1h，離心收集產(chǎn)物，分別用水、乙醇洗滌至上清液無(wú)色透明，真空干燥箱干燥3h后待用，其中，該步驟中所述攪拌速度為1200r/min。其形貌如圖1所示，高嶺土納米管為內(nèi)徑30納米左右、長(zhǎng)度在幾百納米范圍內(nèi)的中空管狀物。在檸檬酸作用下，通過(guò)調(diào)控硝酸銀和高嶺土納米管的用量可以將Ag離子引入高嶺土納米管的內(nèi)部空腔處并緩慢的將其還原成銀納米離子。從圖1可以看出本發(fā)明制備的高嶺土@Ag納米管具有很好的形貌及分散性。從粉末衍射數(shù)據(jù)（如圖2所示）可以看出負(fù)載了銀納米粒子以后，XRD譜圖上出現(xiàn)了銀納米粒子的特征衍射峰（111, 200, 220晶面），證明本發(fā)明中的高嶺土@Ag納米管被成功制備。

步驟二，高嶺土@Ag@APTES的制備：取400mg高嶺土@Ag 與0.85mL APTES（氨丙基三乙氧基硅烷）超聲分散溶于125mL甲苯中，90℃油浴加熱攪拌24h，產(chǎn)物離心，用乙醇洗滌3次，真空干燥箱干燥3h后待用。

步驟三，高嶺土@Ag@檸檬酸的制備：

取檸檬酸50mg溶于DMF : 水=1: 1的25mL混合溶液中，依次超聲分散加入NHS、EDC、DDC各10mg，常溫?cái)嚢?h后，加入200mg高嶺土@Ag@APTES，繼續(xù)常溫?cái)嚢?4h，離心收集產(chǎn)物，依次用DMF、蒸餾水洗滌數(shù)次后，真空干燥箱干燥3h后待用。

步驟四，高嶺土@Ag@檸檬酸-Eu的制備：

取0.085g高嶺土@Ag@APTES@檸檬酸溶于15mL乙醇中超聲分散，加入到含有0.015g六水合硝酸銪的10mL乙醇溶液中，60℃油浴加熱攪拌5h，離心收集產(chǎn)物，依次用乙醇、蒸餾水洗滌數(shù)次后，真空干燥箱干燥6h后待用。

用制得的高嶺土@Ag@檸檬酸-Eu 對(duì)四環(huán)素進(jìn)行檢測(cè)：

取1mg高嶺土@Ag@檸檬酸-Eu于2mL的Tris-HCl（pH=7.1）緩沖溶液中，超聲分散后置于比色皿中，測(cè)得初始熒光圖。配置濃度為0.0001M的四環(huán)素溶液，以50nM的濃度梯度依次加入到上述高嶺土@Ag@檸檬酸-Eu體系中，分別測(cè)得它們的熒光圖，通過(guò)數(shù)據(jù)擬合以后得出該材料對(duì)四環(huán)素的檢測(cè)限。通過(guò)圖3所示的熒光光譜圖可以看出，當(dāng)體系中出現(xiàn)極微量的四環(huán)素（50nM）時(shí)，由于四環(huán)素與銪離子配位，引起體系熒光強(qiáng)度的增強(qiáng)，并且隨著體系中四環(huán)素的含量增加，其熒光強(qiáng)度也不斷增強(qiáng)。后續(xù)的數(shù)據(jù)擬合得出本發(fā)明所例的納米材料對(duì)四環(huán)素的檢測(cè)限是6.61nM，實(shí)現(xiàn)了四環(huán)素的超靈敏檢測(cè)。

用高嶺土@Ag@檸檬酸-Eu 對(duì)四環(huán)素進(jìn)行降解：

實(shí)現(xiàn)了四環(huán)素的檢測(cè)后的材料（高嶺土@Ag@檸檬酸-Eu-TC）自身就吸附了一定量的四環(huán)素。將高嶺土@Ag@檸檬酸-Eu-TC溶液通過(guò)光催化儀器，在模擬太陽(yáng)光的照射條件下進(jìn)行光降解測(cè)試。光照射每間隔5min測(cè)一次其紫外吸收譜圖和熒光譜圖，直至紫外和熒光譜圖上都檢測(cè)不到四環(huán)素的原始激發(fā)或者發(fā)射峰。通過(guò)圖4和圖5可以看出，光照一個(gè)h后，本發(fā)明所例的納米材料能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)四環(huán)素的完全降解，實(shí)現(xiàn)了對(duì)四環(huán)素的快速降解。

實(shí)施例2

步驟一，高嶺土管內(nèi)負(fù)載銀納米材料（高嶺土@Ag）的制備：

將高嶺土（400mg）超聲分散在50-100mL 水中，油浴加熱至85℃，加入0.25mol/L的氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)pH值為10.6（調(diào)節(jié)pH時(shí)強(qiáng)烈攪拌），緩慢滴加0.256mL硝酸銀水溶液（0.15mol/L），攪拌2h后加入25mL乙醇繼續(xù)攪拌2h，再加入0.1 mL硝酸銀水溶液（0.15mol/L）和0.1mL的檸檬酸三鈉水溶液（0.23mol/L）攪拌2h，離心收集產(chǎn)物，分別用水、乙醇洗滌至上清液無(wú)色透明，真空干燥箱干燥3h后待用，其中，該步驟中所述攪拌速度為1800r/min。

步驟二，高嶺土@Ag@APTES的制備：

取400mg高嶺土@Ag 與0.85mL APTES（氨丙基三乙氧基硅烷）超聲分散溶于125mL甲苯中，80℃油浴加熱攪拌24h，產(chǎn)物離心，用乙醇洗滌3次，真空干燥箱干燥3h后待用。

步驟三，高嶺土@Ag@檸檬酸的制備：

取檸檬酸50mg溶于DMF : 水=1: 1的25mL混合溶液中，依次超聲分散加入NHS、EDC、DDC各10mg，常溫?cái)嚢?h后，加入200mg高嶺土@Ag@APTES，繼續(xù)常溫?cái)嚢?0h，離心收集產(chǎn)物，依次用DMF、蒸餾水洗滌數(shù)次后，真空干燥箱干燥3h后待用。

步驟四，高嶺土@Ag@檸檬酸-Eu的制備：

取0.085g高嶺土@Ag@APTES@檸檬酸 溶于15mL乙醇中超聲分散，加入到含有0.015g六水合硝酸銪的10mL乙醇溶液中，70℃油浴加熱攪拌5h，離心收集產(chǎn)物，依次用乙醇、蒸餾水洗滌數(shù)次后，真空干燥箱干燥6h后待用。

實(shí)施例3

步驟一，高嶺土管內(nèi)負(fù)載銀納米材料（高嶺土@Ag）的制備：

將高嶺土（400mg）超聲分散在50-100mL 水中，油浴加熱至85℃，加入0.26mol/L的氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)pH值為11（調(diào)節(jié)pH時(shí)強(qiáng)烈攪拌），緩慢滴加0.160mL硝酸銀水溶液（0.12mol/L），攪拌2h后加入25mL乙醇繼續(xù)攪拌2h，再加入0.1 mL硝酸銀水溶液（0.12mol/L）和0.1mL的檸檬酸三鈉水溶液（0.23mol/L）攪拌4h，離心收集產(chǎn)物，分別用水、乙醇洗滌至上清液無(wú)色透明，真空干燥箱干燥3h后待用，其中，該步驟中所述攪拌速度為1500r/min。

步驟二，高嶺土@Ag@APTES的制備：

取400mg高嶺土@Ag 與0.85mL APTES（氨丙基三乙氧基硅烷）超聲分散溶于125mL甲苯中，100℃油浴加熱攪拌16h，產(chǎn)物離心，用乙醇洗滌3次，真空干燥箱干燥3h后待用。

步驟三，高嶺土@Ag@檸檬酸的制備：

取檸檬酸50mg溶于DMF : 水=1: 1的25mL混合溶液中，依次超聲分散加入NHS、EDC、DDC各10mg，常溫?cái)嚢?h后，加入200mg高嶺土@Ag@APTES，繼續(xù)常溫?cái)嚢?6h，離心收集產(chǎn)物，依次用DMF、蒸餾水洗滌數(shù)次后，真空干燥箱干燥3h后待用。

步驟四，高嶺土@Ag@檸檬酸-Eu的制備：

取0.085g高嶺土@Ag@APTES@檸檬酸 溶于15mL乙醇中超聲分散，加入到含有0.015g六水合硝酸銪的10mL乙醇溶液中，60℃油浴加熱攪拌8h，離心收集產(chǎn)物，依次用乙醇、蒸餾水洗滌數(shù)次后，真空干燥箱干燥6h后待用。

本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。