絲素銀納米的制備及其在廢水汞離子測定中的應用

藍建京　朱偉偉

摘要：利用廢棄蠶絲制備絲素銀納米，探討制備絲素銀納米的工藝條件。結果表明，當5%絲素蛋白溶液與 001 mol/L 硝酸銀溶液的體積比為155 ∶1、pH值為10、溫度為90 ℃、反應時間為4 h時可以制備出具有良好均一性與重現性的絲素銀納米。基于絲素銀納米在可見光區內顯示橫縱特征吸收峰，以及絲素銀納米與重金屬汞離子之間的特殊化學反應，建立了利用絲素銀納米分析測定廢水汞離子的新方法，并探討水中共存離子影響的程度及其消除的方法。絲素銀納米與汞反應在一定濃度范圍內與吸光度（D410 nm）具有良好的線性關系，線性回歸方程為 y=-0045 1x+1463 3，r2=0999 5。對絲素銀納米與汞離子反應連續測定8次，其相對標準偏差為254%，表明該方法重現性較好。

關鍵詞：絲素蛋白；銀納米；表面等離子共振吸收；汞離子

中圖分類號： X703文獻標志碼：

文章編號：1002-1302（2017）16-0238-03

[HJ14mm]

收稿日期：2016-04-15

基金項目：2012年度廣西高等學校一般資助科研項目（編號：201203YB165）；2015年廣西高校科學技術研究項目（編號：KY2015YB256）。

作者簡介：藍建京（1973—），女，廣西河池人，碩士，高級實驗師，主要從事化工工藝學研究。E-mail：170118546@qqcom。[HJ]

汞（Hg）極強的生物毒性和生物富集效應導致其中毒事件時有發生，因此，人們非常關注其安全性。目前，汞的測定方法主要有分光光度法、冷原子吸收光譜法、電化學法、電熱原子吸收光譜法、電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）、X射線熒光分析、同位素稀釋質譜法、液相色譜-電感耦合等離子質譜法和電化學方法等。但是這些方法有的成本較高，有的復雜且不適用于現場分析。蠶絲的主要結構組分為絲素蛋白和絲膠蛋白，絲素蛋白占蠶絲質量的70%～80%，是天然高分子蛋白，具有獨特的分子結構、優異的機械性能、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，廣泛應用于醫療、生化、發酵、化學分析等領域[3]。廣西蠶繭產量居全國第一，本研究利用邊角廢絲制備絲素蛋白，成本低廉，來源充足，而銀納米粒子具有特殊的光學特性和較好的生物相容性[4]，銀納米由于其獨特的表面等離子共振吸收和散射使其在可見光區具有明亮的顏色[5]，通過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，從而進一步利用絲素銀納米與重金屬的特征反應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，優化其制備工藝，考察納米和重金屬離子作用的光譜學性質，建立利用絲素銀納米分析測定廢水汞離子的新方法，初步探討它們之間相互作用的機制。

1材料與方法

11材料、儀器與試劑

蠶絲，采用當地工廠的邊角廢絲。

Agilent 8453型二極管陣列分光光度計，購自美國安捷倫科技公司；日立H-7500透射電子顯微鏡，購自日本日立公司；原子熒光光度計，購自美國安捷倫科技公司。

銀氨溶液的配制：取001 mol/L AgNO3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，遮光低溫保存備用。絲素蛋白液的制備：脫膠后的蠶絲放入40% CaCl2溶液中，蠶絲與40% CaCl2溶液的質量體積比為1 g ∶10 mL，加熱至沸騰攪拌溶解，過濾后，放入透析袋中透析3 d，得到5%絲素蛋白液。試驗用水均為超純水，其他試劑均為分析純。

12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，調節pH值為10，混勻后在80 ℃水浴中加熱2 h可得亮黃色的絲素銀納米。

13絲素銀納米制備條件的優化

131絲素蛋白與硝酸銀溶液配制比例的優化

取一定量的銀氨溶液（換算為001 mol/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，調節溶液pH值為10，放入80 ℃水浴中加熱2 h，反應完畢后，測定溶液的D410 nm，考察絲素蛋白與硝酸銀溶液的最佳比例。

132反應pH值的優化

在5支試管中均加入9 mL絲素蛋白溶液和5mL銀氨溶液，調節溶液pH值分別為10、11、12、13、14，80 ℃恒溫水浴反應4 h，反應完畢后，測定溶液的D410 nm。

133反應時間的優化

在6支潔凈試管中均加入9 mL絲素蛋白溶液和5 mL銀氨溶液，調節pH值為10，80 ℃恒溫水浴中分別反應1、2、3、4、5、6 h，反應完畢后，測定溶液的D410 nm。

134反應溫度

在6支試管中均加入9 mL絲素蛋白溶液和 5 mL 銀氨溶液，調節pH值為10，分別在30（常溫）、60、70、80、90、100 ℃恒溫水浴中反應4 h，反應完畢后，測定溶液的D410 nm。

2結果與分析

21絲素銀納米的光學性質

由圖1可知，絲素本身沒有特殊的吸收峰，當它和銀氨溶液在一定條件下反應后，混合液呈現亮黃色，在410 nm處出現了特征吸收峰，這是銀納米典型的光譜吸收，表明反應中有銀納米生成。采用掃描電子顯微鏡（SEM）對絲素銀納米粒子大小進行表征，由圖2可知，納米粒子呈現較為規則的球形，粒徑大小在8～12 nm 之間，分散性良好。

22絲素銀納米制備條件的優化

221絲素蛋白溶液與硝酸銀溶液體積比的優化

由圖3可知，當絲素蛋白與硝酸銀溶液的體積比為155 ∶1時，D410 nm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值的優化

由圖4可知，隨著pH值的增加，D410 nm變小，因此，最佳pH值選擇10。

223反應溫度的優化

由圖5可知，溫度增高有利于絲素銀納米的生成，當溫度達到90 ℃時，D410 nm達到最大值，因此，90 ℃為最佳反應溫度。

224反應時間的優化

其他條件不變的情況下，改變反應時間分別為1、2、3、4、5、6 h，考察最佳的反應時間。由圖6可知，當反應4 h時，D410 nm達到最大值，因此，最佳反應時間為 4 h。

[FK（W11][TPLJJ6tif][FK）]

23絲素納米與汞反應時的干擾離子

在最佳試驗條件下，在5%的誤差范圍內考察水中主要共存無機離子及有機化合物對測定汞的影響。由表1可知，大多數重金屬離子的存在對其影響均較小，當溶液中Na+存在時，反應的相對誤差較大，說明鹽效應的作用對其干擾比較明顯[8]，因此，在用此法測定汞含量時，應該盡量避免Na+對反應的干擾。

24絲素納米與汞反應標準曲線的制作及參數

在最佳試驗條件下，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50 mL，以空白溶液作參比，在二極管陣列分光光度計下測定其D410 nm，以汞溶液的濃度為橫坐標、D410 nm為縱坐標繪制標準曲線和線性方程。由圖7可知，絲素銀納米與汞反應在一定濃度范圍內與D410 nm具有良好的線性關系，線性回歸方程為y=-0045 1x+1463 3，r2=0999 5。10次空白測定的相對標準偏差為1305%，最低檢出限為4287 mg/L。

[FK（W11][TPLJJ7tif；S+3mm][FK）]

25實際樣品分析

取100 mL含汞工業廢水樣品，進行消解處理后，做加標回收試驗，并與原子熒光法測定結果進行比較[9]。由表2可知，2種方法測定的汞的含量較為接近，其相對誤差（未列出）較小，說明本方法的測定結果可信度高，可操作性強。

26方法的重現性

對絲素銀納米與汞離子反應連續測定8次，其相對標準偏差為254%，表明本研究方法重現性較好。

3結論

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米分析測定廢水汞離子的新方法。作為一種測定汞的方法，本研究的方法儀器簡單、可操作性強、重現性好。對實際樣品測定結果表明，該方法靈敏、可靠、方便，顏色由亮黃色變無色，可通過目視或光度計測定，具有一定的實用價值，對受污染地下水的原位修復等有明顯效果，有望在環境治理方面得到研究與應用。

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