張敏，李碧嬋，陳良壁

（福建省高校綠色化工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武夷學(xué)院生態(tài)與資源工程學(xué)院，福建 武夷山 354300）

水凝膠是一種在水中能顯著溶脹，但又不能溶解的三維網(wǎng)絡(luò)狀親水聚合物凝膠。它通過分子纏結(jié)或離子鍵、氫鍵、疏水之間的互相作用實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的保水性或保有生物穩(wěn)定性[1]。因此水凝膠一般為非均相體系。它具有良好的生物相容性，對(duì)包埋的藥物、酶或細(xì)胞的活性不會(huì)產(chǎn)生不良影響[2]。水凝膠是自然界中重要的存在形式，構(gòu)成了生物的部分機(jī)體，如海參體的大部分是由水凝膠組成的，人體的肌肉、血管、眼球等器官也是由水凝膠構(gòu)成的。環(huán)境變化如離子強(qiáng)度、pH值和溫度等條件可以引起物理凝膠的分解。物理凝膠在藥物釋放、傷口修復(fù)、組織工程等生物領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。而化學(xué)凝膠是通過共價(jià)交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成的。智能型水凝膠在微小環(huán)境下能引起體積的溶脹。響應(yīng)型水凝膠在生物治療、氣體傳感等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前 景[3-4]。但是普通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠在溶脹條件下力學(xué)性能差，因此開發(fā)多組分的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)聚合物凝膠引起人們的廣泛關(guān)注[5]。

互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物（IPN）是兩種聚合物以網(wǎng)絡(luò)的形式互相貫穿的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，在互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物中至少有一種聚合物是合成交聯(lián)的，另一種聚合物與前一種聚合物沒有共價(jià)鍵結(jié)合，而是貫穿于前一種聚合物的網(wǎng)絡(luò)之中。只能通過化學(xué)鍵的斷裂使其分離。各聚合物組分之間形成新的聚合體系輪廓。IPN聚合物在溶劑中能溶脹，不能溶解，且不能蠕變和流動(dòng)。大多數(shù)的IPN是兩相系統(tǒng)，即橡膠相和塑料相，能產(chǎn)生高抗沖或增強(qiáng)效應(yīng)，產(chǎn)生哪種效應(yīng)依賴于連續(xù)相。根據(jù)合成方法的不同，把IPN水凝膠分為兩類：分步IPN和同步IPN。分步IPN是將已經(jīng)交聯(lián)的聚合物（第一網(wǎng)絡(luò)）置入含有催化劑、交聯(lián)劑等的另一個(gè)單體或預(yù)聚物中，使其溶脹，然后使第二單體或預(yù)聚體就地聚合并交聯(lián)形成第二網(wǎng)絡(luò)，得互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)；同步IPN是將兩種或多種單體在同一反應(yīng)器中按各自聚合和交聯(lián)歷程進(jìn)行反應(yīng)，形成同步互穿網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，可以把IPN分為三類：①完全I(xiàn)PN，兩種聚合物均是交聯(lián)聚合物并互相貫穿；②半IPN（Semi-IPN），在由兩種聚合物形成的網(wǎng)絡(luò)中，如果有一種是線性分子，該網(wǎng)絡(luò)稱為半互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)；③互穿均聚網(wǎng)絡(luò)聚合物（Homo-IPN），由化學(xué)上完全相同的交聯(lián)聚合物組成。Homo-IPN形成過程中，形成第二網(wǎng)的單體在第一網(wǎng)骨架間聚合，聚合時(shí)兩層交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)相互嵌入，這樣除了網(wǎng)絡(luò)自身的鏈段間的相互纏結(jié)外，還有兩層網(wǎng)絡(luò)之間的互相穿入和纏結(jié)。由于IPN水凝膠具有雙組分網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使其既有良好的力學(xué)性能又有大溶脹比，在組織工程、分離和吸附等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

1 IPN水凝膠的制備

親水的聚合物及其衍生物被用于水凝膠的制備，主要分為兩類：天然高分子及其衍生物（如聚多糖、蛋白質(zhì)）和含有羧基、羥基、酰胺、磺酸根、氨基等親水性基團(tuán)的合成高分子。圖1顯示目前制備IPN水凝膠的3種制備路線[5]。圖1(a)是通過同步聚合的方法制備IPN水凝膠，即各單體之間各自聚合，形成同步互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。圖1(b)為分步聚合制備IPN水凝膠，即先聚合形成第一網(wǎng)絡(luò)，在第一網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上聚合第二單體，形成第二網(wǎng)絡(luò)，最后形成互穿網(wǎng)絡(luò)。圖1(c)為通過選擇性交聯(lián)線性高分子鏈形成半-互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠。

圖1 IPN的制備方法[5]

目前制備IPN水凝膠的材料主要包括天然高分子及其衍生物和合成高分子。天然高分子包括殼聚糖、海藻酸、淀粉、透明質(zhì)酸、蛋白質(zhì)等；合成高分子包括非離子型合成高分子，如聚甲基丙烯酸羥乙酯（hydroxyethyl methacrylate，PHEMA）、聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）、聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate，PAAM）、聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）等和離子型合成高分子。

殼聚糖（chitosan，CS）是甲殼素脫乙酸后的產(chǎn)物，其分子結(jié)構(gòu)與纖維素相似，呈直鏈狀，極性強(qiáng)，易結(jié)晶，可根據(jù)分子主鏈的排列方式將其分為α-和β-兩種：α-分子主鏈以反平行方式排列，分子間氫鍵作用強(qiáng)；β-分子則相反。殼聚糖生物相容性、安全性、微生物降解性等優(yōu)良性能在醫(yī)藥、水處理、金屬提取及回收、生化和生物醫(yī)學(xué)工程等諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。目前殼聚糖主要以纖維素、纖維素衍生物和丙烯酰胺-g-葡聚糖等共混，并以戊二醛（glutaraldehyde，GA）選擇性交聯(lián)殼聚糖制備IPN水凝膠。如Ahmed等[6]以交聯(lián)殼聚糖（戊二醛為交聯(lián)劑）為基底，將AAm-g-HEC（carboxymethyl cellulose，羧甲基纖維素）互穿到基底中形成半-IPN CS/AAm-g-HEC水凝膠，該水凝膠具有pH值響應(yīng)性。Yang等[7]利用同樣的方法制備HEC-g-PEG/海藻酸（alginic acid，Alg）IPN水凝膠。

海藻酸鈉（SA）是由古洛糖醛酸（G段）與其立體異構(gòu)體甘露糖醛酸（M段）兩種結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的，這兩種結(jié)構(gòu)單元以三種方式（MM段、GG段和MG段）通過α-1,4糖苷鍵鏈接，從而形成一種無支鏈的線性嵌段共聚物。通常利用二價(jià)陽離子（如Ca2+）使其交聯(lián)形成凝膠。SA可以與其他各種各樣合成聚合物共混制備復(fù)合IPN水凝膠[8]。如Kim等[9]通過分布聚合方法制備溫度和pH值響應(yīng)SA/聚二烯丙基二甲基氯化銨IPN水凝膠。Yin等[10]以碳酸氫鈉為致孔劑，通過分步快速交聯(lián)的方法制備多孔的聚丙烯酰胺/聚丙烯酸鈉/SA 半-IPN水凝膠，氯化鈣作為SA的交聯(lián)劑。由于具有多孔結(jié)構(gòu)，在外部pH值和離子強(qiáng)度改變條件下，水凝膠表現(xiàn)出快速溶脹及其高溶脹比，且水凝膠具有良好的力學(xué)性能和生物相容性。

淀粉是除纖維素外大量存在的聚多糖天然高分子，由于它具有生物降解性、生物相容性和生物活性，引起人們的廣泛關(guān)注。淀粉顆粒是不溶于水的，有直鏈淀粉和支鏈淀粉兩類，前者為無分支的螺旋結(jié)構(gòu)；后者以24～30個(gè)葡萄糖殘基和α-1,4-糖苷鍵首尾相連而成，在支鏈處為α-1,6-糖苷鍵。天然和改性的淀粉被作為原材料制備可生物降解的IPN水凝膠[11]。如Murthy等[12]以淀粉為基底，通過交聯(lián)共聚合成丙烯酰胺-co-甲基丙烯酸鈉共聚物/淀粉半- IPN水凝膠，如圖2所示。并研究了半-IPN水凝膠的溶脹/擴(kuò)散性能，如溶脹速率、溶脹速率常數(shù)、水的擴(kuò)散機(jī)理等。除了纖維素、海藻酸鈉和淀粉聚多糖被用于制備IPN水凝膠外，其他聚多糖如透明質(zhì) 酸[13]、卡拉膠[14]、硫酸軟骨素[15]、瓜膠[16]、黃原膠[17]等也被廣泛用于制備IPN水凝膠。

圖2 聚（丙烯酰胺-co-甲基丙烯酸鈉）/淀粉半-IPN水凝膠的制備[12]

各種各樣的蛋白質(zhì)如明膠、膠原蛋白、絲纖蛋白和大豆蛋白等與合成高分子制備IPN水凝膠。如Jain等[18]制備多孔聚丙烯腈/明膠復(fù)合冷凍凝膠。制備過程中主要使用聚乙二醇-二丙烯酸酯（PEG-DA）作為交聯(lián)劑，因?yàn)槭褂肞EG-DA為交聯(lián)劑在自由基交聯(lián)聚合過程中不會(huì)與明膠上的功能基團(tuán)發(fā)生反 應(yīng)，從而提高IPN骨架的穩(wěn)定性。Gil等[19]制備IPN-絲纖蛋白（蠶絲，SF）/聚（N-異丙基丙烯酰胺）（PNIPAAm）復(fù)合凝膠，并通過甲醇提高SF的結(jié)晶度。絲膠蛋白（SS）是一種水溶性的球形蛋白，為蠶絲的衍生物。Wu等[20-21]利用SS分別與PNIAAm和甲基丙烯酸甲酯（PMMA）制備IPN-SS/PNIAAm和SS/PMMA復(fù)合凝膠，該凝膠顯示出快速pH值響應(yīng)。其他蛋白質(zhì)也被用于制備IPN水凝膠。如纖維蛋白/PEG[22]、大豆蛋白/PNIAAm[23]和纖維蛋白/透明質(zhì)酸[24]等。

與天高分子不同的是，合成高分子可根據(jù)產(chǎn)品的需求進(jìn)行人為設(shè)計(jì)，可重復(fù)生產(chǎn)。目前用于制備IPN水凝膠的合成高分子分為兩類：①非離子型IPN水凝膠，如聚（2-羥乙基甲基丙烯酸酯）、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇等；②離子型IPN水凝膠，如聚丙烯酸（陰離子型）[25]、聚二烯丙基二甲基氯化銨（陽離子型）[26]、聚丙烯酸/聚乙烯胺（陰離子/陽離子型）[27]。無論高分子鏈上含有陰離子還是陽離子基團(tuán)，合成高分子IPN水凝膠不僅通過共價(jià)鍵而且通過離子鍵相連，因此該水凝膠的力學(xué)性能好、對(duì)pH值和離子強(qiáng)度反應(yīng)時(shí)間快。如Ajiro等[27]制備離子型聚丙烯酸/聚乙烯胺IPN水凝膠，并通過調(diào)節(jié)聚丙烯酸和聚乙烯胺的含量而控制陰離子和陽離子基團(tuán)。該水凝膠比單網(wǎng)絡(luò)水凝膠力學(xué)性能大大提高。

2 IPN水凝膠的染料吸附

隨著紡織業(yè)、造紙業(yè)、塑料業(yè)和染料業(yè)等諸多方面的快速發(fā)展，產(chǎn)生大量有機(jī)污染物已成為主要的環(huán)境污染源。大部分的有機(jī)污染物是有毒、致癌和非生物可降解的。傳統(tǒng)的處理方法有絮凝沉淀法、化學(xué)氧化法、生物處理法、吸附法和光催化降解法等。雖然生化處理能夠徹底處理此類污染物，但是其成本高且不同體系生化能力差異較大，限制其廣泛應(yīng)用。吸附法因不會(huì)引入新的污染物，能耗較低且能從廢水中富集分離有機(jī)污染物，而且吸附劑可重復(fù)回收使用，因而受到廣泛關(guān)注。近幾十年人們主要關(guān)注開發(fā)一種快速吸附/脫附、易分離和重復(fù)回收利用的高效吸附劑。本文主要介紹高效的水凝膠吸附劑，該吸附劑為由合成高分子或天然高分子組成的多組分半-IPN或IPN水凝膠。

Mandal等[28]制備了不同比例的聚乙烯醇和丙烯酸-co-2-羥乙基甲基丙烯酸酯共聚物（AA-co-HEMA）半IPN水凝膠，并研究其對(duì)羅丹明B和甲基紫的吸附性能。研究結(jié)果表明，pH=7條件下，吸附容量隨著水凝膠中共聚物組分含量的增多而增加，且對(duì)甲基紫的吸附容量大于對(duì)羅丹明B的吸附。主要因?yàn)榱_丹明B除了陽離子基團(tuán)外還具有羧基基團(tuán)，在pH= 7條件下，被解離使其對(duì)水凝膠產(chǎn)生排斥作用，因此吸附容量降低。由于IPN具有更加緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此IPN的吸附容量低于半-IPN的吸附容量。Bhattacharyya等[29]以羧甲基纖維素（CMC）和聚（AAm-co-HEMA）組成的半-IPN水凝膠為吸附劑，深入研究染料濃度對(duì)陽離子染料吸附機(jī)理的影響。在低濃度條件下為化學(xué)吸附，而高濃度條件下為物理吸附。Solpan等[30]制備了SA/PAAm半-IPN水凝膠，其中SA組分為3%，該水凝膠對(duì)染料顯示出非常好的去除效果。在pH=7、溫度為25℃條件下，對(duì)所有陽離子染料的吸附等溫線為“S”形，其對(duì)染料的吸附效果分別為：甲基紫＞亞甲基藍(lán)＞堿性紅＞品紅。為了提高水凝膠對(duì)外部微小環(huán)境變化的響應(yīng)速率，人們制備了多孔的水凝膠。例如人們制備了離子型多組分冷凍凝膠，并作為吸附劑在生物分離領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前 景[31]。表1總結(jié)了部分IPN水凝膠對(duì)離子型染料的最大吸附容量。傳統(tǒng)IPN PAAm/CS冷凍凝膠對(duì)亞甲基藍(lán)的最大吸附容量可達(dá)到750mg/g，而半-IPN PAmHEMA/CMC對(duì)堿性品紅的最大吸附容量達(dá)到920mg/g，見表1。

表1 IPN水凝膠對(duì)離子型染料的最大吸附容量[5]

Dragan等[32-33]制備PAAm和CS半-IPN和IPN水凝膠和冷凍凝膠，并研究該水凝膠對(duì)陰離子染料（靛藍(lán)）和陽離子染料（亞甲基橙）的吸附，半-IPN水凝膠對(duì)靛藍(lán)顯示出更強(qiáng)的吸附性能，主要?dú)w功于CS與靛藍(lán)帶有相反的電荷。但是IPN水凝膠對(duì)亞甲基橙的吸附強(qiáng)于半-IPN，且兩者達(dá)到吸附平衡時(shí)間大約為40min。主要因?yàn)楹恤然笽PN與陽離子染料具有強(qiáng)的相互作用力。使用Sips模型擬合得到PAAm/CS冷凍凝膠對(duì)亞甲基藍(lán)的最大吸附容量達(dá)到755.5mg/g[33]，且該冷凍凝膠可在亞甲基橙溶液中分離出亞甲基藍(lán)。半-IPN PAAm/PA復(fù)合凝膠對(duì)水溶液中亞甲基藍(lán)有很好的吸附效果，吸附容量隨著PAAm水解程度的增加而增加[34]。主要因?yàn)樗夂蠡钚贼人峄鶊F(tuán)含量增多。水解前，吸附等溫線為“L”形，水解后轉(zhuǎn)變?yōu)椤癏”形。準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型更適合于該吸附體系，由于陽離子染料與羧基之間的靜電吸附作用，使其吸附主要以物理吸附為主。

3 重金屬離子吸附

近年經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工礦企業(yè)排放大量的重金屬離子廢水，造成了嚴(yán)重的重金屬離子污染。重金屬污染已影響人們的生活環(huán)境，威脅著人類的生存，成為亟待解決的問題。目前重金屬離子處理方法包括沉淀法、離子交換、電化學(xué)處理、膜技術(shù)、蒸發(fā)凝固等，但這些技術(shù)的應(yīng)用受工藝和經(jīng)濟(jì)的限制。吸附法具有高效、節(jié)能、可循環(huán)環(huán)保等特點(diǎn)，因此受到廣泛的應(yīng)用。本文中主要介紹天然高分子、合成高分子IPN水凝膠和離子印跡IPN水凝膠對(duì)各種重金屬離子的吸附性能。

3.1 天然高分子IPN水凝膠吸附劑

以殼聚糖[35]、海藻酸[36]、淀粉[37]、纖維素衍生物[38]和其他聚多糖[39]及其共混物制備的半-IPN和IPN水凝膠對(duì)各種重金屬離子的吸附總結(jié)于表2中。如Chauhan等[38]制備了PMAAm/CP復(fù)合半-IPN水凝膠，并研究對(duì)水溶液中Fe2+、Cu2+、Cr6+等離子的吸附性能。結(jié)果表明水凝膠鏈上的功能基團(tuán)對(duì)吸附容量和吸附機(jī)理具有非常大的影響。從表2中可知，通過部分水解酰胺基團(tuán)轉(zhuǎn)變?yōu)轸然?，水凝膠對(duì)Fe2+和Cu2+的吸附容量明顯增加。水解前對(duì)金屬離子的吸附主要為吸收過程，而水解后螯合和離子交換為吸附主要驅(qū)動(dòng)力。然而水解后對(duì)Cr6+離子沒有吸附性能，主要是因?yàn)楹疇顟B(tài)下Cr6+離子的尺寸較大。Wang等[35，40]最近報(bào)道CS-g-PAA/GE（明膠）半-IPN水凝膠對(duì)Pb2+和Cu2+具有很高的吸附容量，且在15 min內(nèi)達(dá)到吸附平衡。非線性的Langmuir等溫線非常適合于該平衡吸附曲線。通過準(zhǔn)一級(jí)模型計(jì)算動(dòng)力學(xué)參數(shù)表明化學(xué)吸附（與金屬離子螯合作用）為其主要吸附機(jī)理。水凝膠中引入GE鏈的目的是提高半-IPN水凝膠的力學(xué)性能和更易于回收，且對(duì)Cu2+和Pb2+的最大吸附容量分別增加到261.08mg/g和736.95mg/g。

Wang等[41]報(bào)道了SA-g-PAA/PVP/GE復(fù)合半- IPN水凝膠，并研究了其對(duì)Ni2+、Cu2+、Zn2+和Cd2+的吸附性能，最大吸附容量為Cu2+達(dá)到3.22mmol/g，最小吸附容量為Cd2+達(dá)到2.91mmol/g。作者分別利用Langmuir、Freundlich和Dubinin-Radushkevich模型擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)Langmuir模型最適合于該吸附過程，且該吸附過程為單分子層吸附。圖3為水凝膠對(duì)重金屬離子的吸附機(jī)理[41]。由于靜電力和離子交換的相互作用，使金屬離子與SA和接枝PAA鏈上的羧基相互作用，使重金屬離子滲透進(jìn)入水凝膠內(nèi)部。首先金屬離子與水凝膠鏈上的功能基團(tuán)氨基、羧酸基團(tuán)和羰基等發(fā)生螯合作用，接著發(fā)生化學(xué)吸附過程。

表2 IPN水凝膠對(duì)重金屬離子的最大吸附容量[5]

3.2 合成高分子IPN水凝膠吸附劑

圖3 SA-g-PAA/PVP/GE復(fù)合半-IPN水凝膠對(duì)Ni2+、Cu2+、Zn2+和Cd2+ 離子的主要吸附機(jī)理[41]

除天然高分子形成IPN水凝膠，合成高分子形成的IPN水凝膠對(duì)重金屬離子也有很好的吸附性能。Tang等[42]制備了聚丙烯酸酯/聚乙二醇（PAC/PEG）復(fù)合半-IPN水凝膠。該水凝膠對(duì)金屬離子的吸附性能與兩組分的比例有關(guān)。主要因?yàn)镻AC分子鏈上的羧基對(duì)金屬離子具有更強(qiáng)的配位能力。當(dāng)PAC：PEG=6時(shí)，該水凝膠對(duì)Ni2+、Cr3+和Cd2+的最大吸附容量分別達(dá)到102.34mg/g、49.38mg/g和33.41mg/g。

Yamashita等[43]報(bào)道了刺激響應(yīng)半-IPN聚N-異丙基丙烯酰胺/丙烯酸鈉（PNIPAAM/NaPAA）水凝膠，并研究其對(duì)Cu2+吸收。該水凝膠顯示出體積相轉(zhuǎn)變行為，即在低于體積相轉(zhuǎn)變溫度（VPTT）對(duì)Cu2+有吸附性能，而在高于VPTT卻無吸附性能。主要是因?yàn)楦哂赩PTT，凝膠發(fā)生了崩塌，只有水被釋放而金屬離子不會(huì)被釋放。因此這種水凝膠被用于金屬離子“智能”回收體系。Wang等[44-45]為了提高IPN水凝膠的吸附性能，通過同步自由基或陽離子光聚合方法制備聚2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙磺酸（AMPS）/聚三乙二醇乙二烯醇醚（DVE-3），或分布聚合合成聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）/聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）兩相獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)。在pH=5條件下，同步IPN AMPS/DVE-3和分布IPN PEGDA/PMMA水凝膠對(duì)金屬離子的吸附容量分別隨AMPS和PMMA含量的增多而增加。分步IPN水凝膠的實(shí)際吸附容量大于理論吸附容量。主要因?yàn)榉植絀PN兩條分子鏈對(duì)重金屬離子的吸附具有協(xié)同絡(luò)合作用。

從表2中可知，IPN水凝膠對(duì)Pb2+的吸附容量大于Cu2+和Cd2+，主要因?yàn)镻b2+離子半徑較小。IPN水凝膠的吸附容量隨著金屬離子開始濃度的增加幾乎線性增加。Freudlich模型更適合于吸附等溫曲線，且吸附為異相多層吸附。與單網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠相比，IPN水凝膠對(duì)金屬離子的吸附平衡大約為10～15min，是一種快速響應(yīng)的水凝膠。Bessbousse等[46]通過半-IPN技術(shù)制備了大量的絡(luò)合聚合物水凝膠，如聚烯丙基胺（PEI）、聚乙烯亞胺、殼聚糖、聚乙烯基咪唑、聚乙烯吡咯烷酮等。該水凝膠對(duì)金屬離子的吸附效果分別為：Hg2+＞Cu2+＞Pb2+＞Cd2+。

3.3 離子印跡IPN水凝膠

選擇性地去除重金屬離子仍然是一個(gè)難題，目前人們利用分子印跡技術(shù)制備金屬離子印跡聚合物膜，可選擇性地去除金屬離子。分子印跡是以某一特定的目標(biāo)分子為模板分子，將結(jié)構(gòu)具有互補(bǔ)性的功能單體通過互相作用與模板分子結(jié)合，加入交聯(lián)劑聚合物反應(yīng)，后將模板洗脫出來，形成具有固定孔穴大小和形狀，并有確定排列功能團(tuán)的剛性聚合物，并能高選擇性地識(shí)別模板分子過程。

目前僅有少量文獻(xiàn)報(bào)道金屬離子印跡IPN水凝膠并研究其選擇性吸收重金屬離子[47-49]。但離子印跡水凝膠是未來IPN水凝膠的發(fā)展方向。Pan等[47]通過原位聚合方法制備含有環(huán)氧樹脂、三亞乙基四胺和甲基丙烯酸鎘的Cd(Ⅱ)印跡IPN水凝膠，并成功用于天然廢水的處理。Liu等[48]以縮水甘油酯為交聯(lián)劑、鈾酰離子為模板制備CS/PVA 離子印跡水凝膠（ion-imprinted hydrogel，IIH）。IIH在2h內(nèi)達(dá)到吸附平衡，最大吸附容量為156mg/g。與非印跡水凝膠相比，IIH對(duì)鈾酰離子的吸收是非印跡水凝膠的6倍。但是對(duì)其他離子的吸收與非印跡水凝膠一樣。Wang等[49]以銅離子為模板，采用同步自由基/陽離子聚合方法制備PNIPAAm溫度響應(yīng)Cu(Ⅱ)印跡IPN水凝膠。在溫度高于VPTT時(shí)，水凝膠收縮而具有記憶功能，而低于VPTT，水凝膠發(fā)生溶脹而去除記憶功能。與非印跡水凝膠相比，Cu(Ⅱ)印跡IPN水凝膠對(duì)Cu離子的吸收遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于對(duì)其他離子的吸收。

4 總結(jié)與展望

與單網(wǎng)絡(luò)水凝膠相比，互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠作為一種具有特殊結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，具有快速響應(yīng)的良好力學(xué)性能，近些年受到人們廣泛研究。雖然同步聚合物方法制備的IPN水凝膠具有反應(yīng)時(shí)間短、成本低的缺點(diǎn)，但是分步聚合方法制備的IPN水凝膠具有更好的可控性能。為了提高合成聚合物水凝膠的生物相容性、溶脹率和力學(xué)性能，常采用與天然高分子如殼聚糖、海藻酸和蛋白質(zhì)共混的方法制備半- IPN水凝膠。與單網(wǎng)絡(luò)水凝膠相比，IPN水凝膠對(duì)染料和重金屬離子的吸附速率快。為了提高IPN水凝膠的力學(xué)性能、溶脹速率、回收利用率，常在低于溶劑溫度下冷凍干燥制備多孔冷凍凝膠。選擇性吸附重金屬離子仍然是一個(gè)難題，制備離子印跡IPN水凝膠將是未來IPN水凝膠的發(fā)展方向。

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