丝素银纳米的制备及其在废水汞离子测定中的应用

丝素银纳米的制备及其在废水汞离子测定中的应用[HJ14mm]收稿日期：2016-04-15基金项目：2012年度广西高等学校一般资助科研项目（编号：201203YB165）；2015年广西高校科学技术研究项目（编号：KY2015YB256）。汞（Hg）极强的生物毒性和生物富集效应导致其中毒事件时有发生，因此，人们非常关注其安全性。目前，汞的测定方法主要有分光光度法、冷原子吸收光谱法、电化学法、电热原子吸收光谱法、 电感耦合等离子体质谱法 （ICP-MS）、X射线荧光分析、同位素稀释质谱法、 液相色谱-电感耦合等离子质谱法和电化学方法等。但是这些方法有的成本较高，有的复杂且不适用于现场分析。蚕丝的主要结构组分为丝素蛋白和丝胶蛋白， 丝素蛋白占蚕丝质量的 70%～80%，是天然高分子蛋白，具有独特的分子结构、优异的机械性能、良好的吸湿保湿性能及抗微生物性能，是一种理想的酶固定化载体材料，广泛应用于医疗、生化、发酵、化学分析等领域 [3]。广西蚕茧产量居全国第一，本研究利用边角废丝制备丝素蛋白，成本低廉，来源充足，而银纳米粒子具有特殊的光学特性和较好的生物相容性 [4]，银纳米由于其独特的表面等离子共振吸收和散射使其在可见光区具有明亮的颜色[5]，通过投入丝素银纳米可以快速判断溶液中是否存在重金属离子，从而进一步利用丝素银纳米与重金属的特征反应除去溶液中存在的重金属离子。本研究利用一步合成法制备丝素银纳米，优化其制备工艺，考察纳米和重金属离子作用的光谱学性质，建立利用丝素银纳米分析测定废水汞离子的新方法，初步探讨它们之间相互作用的机制。材料与方法材料、仪器与试剂蚕丝，采用当地工厂的边角废丝。Agilent 8453型二极管阵列分光光度计，购自美国安捷伦科技公司；日立 H-7500透射电子显微镜，购自日本日立公司；原子荧光光度计，购自美国安捷伦科技公司。银氨溶液的配制：取 001mol/LAgNO3溶液，滴入浓NH3?H2O中并不断搅拌，直至沉淀消失，得澄清透明溶液，遮光低温保存备用。丝素蛋白液的制备：脱胶后的蚕丝放入40%CaCl2溶液中，蚕丝与 40%CaCl2溶液的质量体积比为1g∶10mL，加热至沸腾搅拌溶解，过滤后，放入透析袋中透析3d，得到5%丝素蛋白液。试验用水均为超纯水，其他试剂均为分析纯。丝素银纳米的制备取一定量的银氨溶液，加入一定比例的丝素蛋白溶液，调节pH值为10，混匀后在 80℃水浴中加热 2h可得亮黄色的丝素银纳米。丝素银纳米制备条件的优化丝素蛋白与硝酸银溶液配制比例的优化取一定量的银氨溶液（换算为001mol/L硝酸银的量），分别加入不同量的丝素蛋白溶液，使丝素蛋白溶液与硝酸银溶液的体积比分别为100∶1、125∶1、140∶1、155∶1、170∶1、185∶1，调节溶液pH值为10，放入80℃水浴中加热2h，反应完毕后，测定溶液的D410nm，考察丝素蛋白与硝酸银溶液的最佳比例。132反应pH值的优化在5支试管中均加入9mL丝素蛋白溶液和5mL银氨溶液，调节溶液pH值分别为10、11、12、13、14，80℃恒温水浴反应

4h，反应完毕后，测定溶液的

D410nm。133反应时间的优化在6支洁净试管中均加入氨溶液，调节pH值为10，80

9mL丝素蛋白溶液和℃恒温水浴中分别反应

5mL银1、2、3、4、5、6h

，反应完毕后，测定溶液的

D410nm。134反应温度在6支试管中均加入9mL丝素蛋白溶液和5mL银氨溶液，调节pH值为10，分别在30（常温）、60、70、80、90、100℃恒?厮?浴中反应 4h，反应完毕后，测定溶液的D410nm。结果与分析丝素银纳米的光学性质由图1可知，丝素本身没有特殊的吸收峰，当它和银氨溶液在一定条件下反应后，混合液呈现亮黄色，在 410nm处出现了特征吸收峰，这是银纳米典型的光谱吸收，表明反应中有银纳米生成。采用扫描电子显微镜（ SEM）对丝素银纳米粒子大小进行表征，由图 2可知，纳米粒子呈现较为规则的球形，粒径大小在 8～12nm之间，分散性良好。丝素银纳米制备条件的优化丝素蛋白溶液与硝酸银溶液体积比的优化由图3可知，当丝素蛋白与硝酸银溶液的体积比为∶1时，D410nm最大，因此，丝素蛋白与硝酸银溶液的最佳体积比选择 155∶1。 222pH值的优化由图4可知，随着 pH值的增加，D410nm变小，因此，最佳pH值选择10。反应温度的优化由图5可知，温度增高有利于丝素银纳米的生成，当温度达到90℃时，D410nm达到最大值，因此，90℃为最佳反应温度。反应时间的优化其他条件不变的情况下， 改变反应时间分别为 1、2、3、4、5、6h，考察最佳的反应时间。由图 6可知，当反应 4h时，D410nm达到最大值，因此，最佳反应时间为 4h。[FK（W11][TPLJJ6tif][FK ）]丝素纳米与汞反应时的干扰离子在最佳试验条件下，在5%的误差范围内考察水中主要共存无机离子及有机化合物对测定汞的影响。由表 1可知，大多数重金属离子的存在对其影响均较小，当溶液中 Na+存在时，反应的相对误差较大，说明盐效应的作用对其干扰比较明显[8]，因此，在用此法测定汞含量时，应该尽量避免 Na+对反应的干扰。丝素纳米与汞反应标准曲线的制作及参数在最佳试验条件下，在一定丝素银纳米溶液中分别加入不同体积的汞溶液，定容至 50mL，以空白溶液作参比，在二极管阵列分光光度计下测定其 D410nm，以汞溶液的浓度为横坐标、D410nm为纵坐标绘制标准曲线和线性方程。由图7可知，丝素银纳米与汞反应在一定浓度范围内与 D410nm具有良好的线性关系， 线性回归方程为 y=-00451x+14633，r2=09995。10次空白测定的相对标准偏差为1305%，最低检出限为 4287mg/L。[FK（W11][TPLJJ7tif ；S+3mm][FK）]实际样品分析取100mL含汞工业废水样品，进行消解处理后，做加标回收试验，并与原子荧光法测定结果进行比较 [9]。由表2可知，2种方法测定的汞的含量较为接近，其相对误差（未列出）较小，说明本方法的测定结果可信度高， 可操作性强。方法的重现性对丝素银纳米与汞离子反应连续测定 8次，其相对标准偏差为254%，表明本研究方法重现性较好。结论本研究初步探讨了一步法制备丝素银纳米，并建立了利用丝素银纳