絲素銀納米的制備及其在廢水汞離子測(cè)定中的應(yīng)用

絲素銀納米的制備及其在廢水汞離子測(cè)定中的應(yīng)用[HJ14mm]收稿日期：2016-04-15基金項(xiàng)目：2012年度廣西高等學(xué)校一般資助科研項(xiàng)目（編號(hào)：201203YB165）；2015年廣西高?？茖W(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（編號(hào)：KY2015YB256）。汞（Hg）極強(qiáng)的生物毒性和生物富集效應(yīng)導(dǎo)致其中毒事件時(shí)有發(fā)生，因此，人們非常關(guān)注其安全性。目前，汞的測(cè)定方法主要有分光光度法、冷原子吸收光譜法、電化學(xué)法、電熱原子吸收光譜法、 電感耦合等離子體質(zhì)譜法 （ICP-MS）、X射線熒光分析、同位素稀釋質(zhì)譜法、 液相色譜-電感耦合等離子質(zhì)譜法和電化學(xué)方法等。但是這些方法有的成本較高，有的復(fù)雜且不適用于現(xiàn)場(chǎng)分析。蠶絲的主要結(jié)構(gòu)組分為絲素蛋白和絲膠蛋白， 絲素蛋白占蠶絲質(zhì)量的 70%～80%，是天然高分子蛋白，具有獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的機(jī)械性能、良好的吸濕保濕性能及抗微生物性能，是一種理想的酶固定化載體材料，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、生化、發(fā)酵、化學(xué)分析等領(lǐng)域 [3]。廣西蠶繭產(chǎn)量居全國(guó)第一，本研究利用邊角廢絲制備絲素蛋白，成本低廉，來(lái)源充足，而銀納米粒子具有特殊的光學(xué)特性和較好的生物相容性 [4]，銀納米由于其獨(dú)特的表面等離子共振吸收和散射使其在可見(jiàn)光區(qū)具有明亮的顏色[5]，通過(guò)投入絲素銀納米可以快速判斷溶液中是否存在重金屬離子，從而進(jìn)一步利用絲素銀納米與重金屬的特征反應(yīng)除去溶液中存在的重金屬離子。本研究利用一步合成法制備絲素銀納米，優(yōu)化其制備工藝，考察納米和重金屬離子作用的光譜學(xué)性質(zhì)，建立利用絲素銀納米分析測(cè)定廢水汞離子的新方法，初步探討它們之間相互作用的機(jī)制。材料與方法材料、儀器與試劑蠶絲，采用當(dāng)?shù)毓S的邊角廢絲。Agilent 8453型二極管陣列分光光度計(jì)，購(gòu)自美國(guó)安捷倫科技公司；日立 H-7500透射電子顯微鏡，購(gòu)自日本日立公司；原子熒光光度計(jì)，購(gòu)自美國(guó)安捷倫科技公司。銀氨溶液的配制：取 001mol/LAgNO3溶液，滴入濃NH3?H2O中并不斷攪拌，直至沉淀消失，得澄清透明溶液，遮光低溫保存?zhèn)溆谩＝z素蛋白液的制備：脫膠后的蠶絲放入40%CaCl2溶液中，蠶絲與 40%CaCl2溶液的質(zhì)量體積比為1g∶10mL，加熱至沸騰攪拌溶解，過(guò)濾后，放入透析袋中透析3d，得到5%絲素蛋白液。試驗(yàn)用水均為超純水，其他試劑均為分析純。絲素銀納米的制備取一定量的銀氨溶液，加入一定比例的絲素蛋白溶液，調(diào)節(jié)pH值為10，混勻后在 80℃水浴中加熱 2h可得亮黃色的絲素銀納米。絲素銀納米制備條件的優(yōu)化絲素蛋白與硝酸銀溶液配制比例的優(yōu)化取一定量的銀氨溶液（換算為001mol/L硝酸銀的量），分別加入不同量的絲素蛋白溶液，使絲素蛋白溶液與硝酸銀溶液的體積比分別為100∶1、125∶1、140∶1、155∶1、170∶1、185∶1，調(diào)節(jié)溶液pH值為10，放入80℃水浴中加熱2h，反應(yīng)完畢后，測(cè)定溶液的D410nm，考察絲素蛋白與硝酸銀溶液的最佳比例。132反應(yīng)pH值的優(yōu)化在5支試管中均加入9mL絲素蛋白溶液和5mL銀氨溶液，調(diào)節(jié)溶液pH值分別為10、11、12、13、14，80℃恒溫水浴反應(yīng)

4h，反應(yīng)完畢后，測(cè)定溶液的

D410nm。133反應(yīng)時(shí)間的優(yōu)化在6支潔凈試管中均加入氨溶液，調(diào)節(jié)pH值為10，80

9mL絲素蛋白溶液和℃恒溫水浴中分別反應(yīng)

5mL銀1、2、3、4、5、6h

，反應(yīng)完畢后，測(cè)定溶液的

D410nm。134反應(yīng)溫度在6支試管中均加入9mL絲素蛋白溶液和5mL銀氨溶液，調(diào)節(jié)pH值為10，分別在30（常溫）、60、70、80、90、100℃恒?廝?浴中反應(yīng) 4h，反應(yīng)完畢后，測(cè)定溶液的D410nm。結(jié)果與分析絲素銀納米的光學(xué)性質(zhì)由圖1可知，絲素本身沒(méi)有特殊的吸收峰，當(dāng)它和銀氨溶液在一定條件下反應(yīng)后，混合液呈現(xiàn)亮黃色，在 410nm處出現(xiàn)了特征吸收峰，這是銀納米典型的光譜吸收，表明反應(yīng)中有銀納米生成。采用掃描電子顯微鏡（ SEM）對(duì)絲素銀納米粒子大小進(jìn)行表征，由圖 2可知，納米粒子呈現(xiàn)較為規(guī)則的球形，粒徑大小在 8～12nm之間，分散性良好。絲素銀納米制備條件的優(yōu)化絲素蛋白溶液與硝酸銀溶液體積比的優(yōu)化由圖3可知，當(dāng)絲素蛋白與硝酸銀溶液的體積比為∶1時(shí)，D410nm最大，因此，絲素蛋白與硝酸銀溶液的最佳體積比選擇 155∶1。 222pH值的優(yōu)化由圖4可知，隨著 pH值的增加，D410nm變小，因此，最佳pH值選擇10。反應(yīng)溫度的優(yōu)化由圖5可知，溫度增高有利于絲素銀納米的生成，當(dāng)溫度達(dá)到90℃時(shí)，D410nm達(dá)到最大值，因此，90℃為最佳反應(yīng)溫度。反應(yīng)時(shí)間的優(yōu)化其他條件不變的情況下， 改變反應(yīng)時(shí)間分別為 1、2、3、4、5、6h，考察最佳的反應(yīng)時(shí)間。由圖 6可知，當(dāng)反應(yīng) 4h時(shí)，D410nm達(dá)到最大值，因此，最佳反應(yīng)時(shí)間為 4h。[FK（W11][TPLJJ6tif][FK ）]絲素納米與汞反應(yīng)時(shí)的干擾離子在最佳試驗(yàn)條件下，在5%的誤差范圍內(nèi)考察水中主要共存無(wú)機(jī)離子及有機(jī)化合物對(duì)測(cè)定汞的影響。由表 1可知，大多數(shù)重金屬離子的存在對(duì)其影響均較小，當(dāng)溶液中 Na+存在時(shí)，反應(yīng)的相對(duì)誤差較大，說(shuō)明鹽效應(yīng)的作用對(duì)其干擾比較明顯[8]，因此，在用此法測(cè)定汞含量時(shí)，應(yīng)該盡量避免 Na+對(duì)反應(yīng)的干擾。絲素納米與汞反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作及參數(shù)在最佳試驗(yàn)條件下，在一定絲素銀納米溶液中分別加入不同體積的汞溶液，定容至 50mL，以空白溶液作參比，在二極管陣列分光光度計(jì)下測(cè)定其 D410nm，以汞溶液的濃度為橫坐標(biāo)、D410nm為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線和線性方程。由圖7可知，絲素銀納米與汞反應(yīng)在一定濃度范圍內(nèi)與 D410nm具有良好的線性關(guān)系， 線性回歸方程為 y=-00451x+14633，r2=09995。10次空白測(cè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1305%，最低檢出限為 4287mg/L。[FK（W11][TPLJJ7tif ；S+3mm][FK）]實(shí)際樣品分析取100mL含汞工業(yè)廢水樣品，進(jìn)行消解處理后，做加標(biāo)回收試驗(yàn)，并與原子熒光法測(cè)定結(jié)果進(jìn)行比較 [9]。由表2可知，2種方法測(cè)定的汞的含量較為接近，其相對(duì)誤差（未列出）較小，說(shuō)明本方法的測(cè)定結(jié)果可信度高， 可操作性強(qiáng)。方法的重現(xiàn)性對(duì)絲素銀納米與汞離子反應(yīng)連續(xù)測(cè)定 8次，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為254%，表明本研究方法重現(xiàn)性較好。結(jié)論本研究初步探討了一步法制備絲素銀納米，并建立了利用絲素銀納