[發(fā)明專利]一種銳鈦礦型氧化鈦納米材料整體柱及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510072110.3
• 申請日: 2015-02-11
• 公開（公告）號: CN104587988A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡斌;劉小蘭;何蔓;陳貝貝
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: B01J20/285
• 分類號: B01J20/285;B01J20/30;B01D15/08
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新型整體柱萃取材料的合成領(lǐng)域，具體涉及一種新型的銳鈦礦型氧化鈦納米材料整體柱及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

整體柱是一種由單體、引發(fā)劑、致孔劑等混合物通過原位制備而成的一種棒狀整體材料，該整體材料具有連續(xù)多孔的整體固定相床層。整體柱具有制備方法簡單、內(nèi)部結(jié)構(gòu)均一可控、重現(xiàn)性好，在色譜分離及固相萃取方面的應(yīng)用都十分廣泛。整體柱毛細管微萃取作為一種微型化的無溶劑萃取體系，可以集取樣、分離、富集、進樣于一體，具有成本低廉、操作簡單快速、高選擇性、低樣品或溶劑消耗和易于自動化等優(yōu)點。

整體柱根據(jù)其材料的種類可分為有機聚合物整體柱、無機整體柱以及有機無機雜化整體柱。其中有機聚合物整體柱具有制備簡單（原位合成），具有較好的流體動力學(xué)特性，能承受較高的流速等優(yōu)點。控制多孔的有機聚合物整體柱的表面化學(xué)性質(zhì)的方法主要包括：功能單體的共聚，活性基團的化學(xué)改性，功能聚合物鏈的嫁接。另外，通過納米材料對整體柱進行功能化修飾的方式使得整體柱具有較大的比表面積和其他特殊的化學(xué)性質(zhì)。將納米顆粒嵌入整體柱中主要包括兩種方式：將納米顆粒分散到單體和致孔劑中再聚合（《Analytical?Chemistry》雜志，第82卷，19（2010年）），或者將納米顆粒連接到已合成好的整體柱的孔表面。

銳鈦礦型氧化鈦在催化及萃取等方面相對于無定型和金紅石型氧化鈦都存在優(yōu)勢，而關(guān)于銳鈦礦氧化鈦整體柱的合成未見報導(dǎo)。Feng等人（《Analytical?Chemistry》雜志，第84卷，18（2012年））合成了氧化硅/氧化鈦整體柱，并嘗試通過高溫煅燒改變氧化鈦晶型，但是沒得到預(yù)期的結(jié)果。在銳鈦礦型氧化鈦的合成過程中需要高溫煅燒的過程，而高溫可能會破壞整體柱的骨架結(jié)構(gòu)，因此直接合成銳鈦礦型的氧化鈦整體柱是比較困難的。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種新型的銳鈦礦型氧化鈦整體柱的制備方法，具體方案如下：

一種銳鈦礦型氧化鈦整體柱的制備方法，包括以下步驟：

（1）將單體、交聯(lián)劑、致孔劑一起混合均勻，然后加入銳鈦礦型氧化鈦納米顆粒，分散均勻，得到溶液A；其中，每毫升單體和交聯(lián)劑的混合液中加入0.8-2克銳鈦礦型氧化鈦納米顆粒；

（2）將引發(fā)劑加入到溶液A中，除去氣泡，得到預(yù)聚液B；

（3）將預(yù)聚液B注入乙烯化的石英毛細管中，將兩端封口，置于50-70?°C的水浴鍋中反應(yīng)12-24?h，反應(yīng)完畢后用有機溶劑沖洗毛細管，即得到銳鈦礦型氧化鈦整體柱；

所述引發(fā)劑的質(zhì)量為單體質(zhì)量的1%。

所述的單體為甲基丙烯酸或甲基丙烯酸縮水甘油酯。

所述的交聯(lián)劑為二甲基丙烯酸乙二醇酯或丙三醇三甲基丙烯酸酯。

所述的致孔劑為體積比為3:1的甲醇-水混合液。

所述的引發(fā)劑為偶氮二異丁腈。

所述的有機溶劑為乙醇。

所述的石英毛細管的乙烯化方法包括以下步驟：將石英毛細管依次用超純水沖洗10?min，1.0?mol?L^-1的NaOH沖洗2?h，超純水沖洗30?min，1.0?mol?L^-1?HCl沖洗2?h，超純水沖洗30?min至中性；然后在氮氣保護下于160°C干燥5?h；再注入體積比為1:1的乙醇/甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷對石英毛細管內(nèi)壁進行雙鍵的鍵合，即成。

所述的銳鈦礦氧化鈦納米顆粒的制備方法包括以下步驟：在不斷攪拌條件下，將鈦酸四丁酯溶于純乙醇中，攪拌15?min后，加入磷酸水溶液；然后在室溫下攪拌3?h，再在劇烈攪拌下，加入適量的去離子水，繼續(xù)攪拌2?h得到溶膠，然后在78°C下將水和乙醇蒸發(fā)；將最終的固體產(chǎn)物用水和乙醇清洗后在80°C的真空干燥箱中過夜干燥，然后在500°C溫度下煅燒3?h，即得到銳鈦礦型氧化鈦納米顆粒。

一種銳鈦礦型氧化鈦整體柱，由上述的方法制備得到。

所述的銳鈦礦型氧化鈦整體柱在樣品萃取領(lǐng)域的應(yīng)用。

本發(fā)明的有益效果具體體現(xiàn)為：

1）本發(fā)明制備方法為原位合成法，步驟簡單快速；

2）本發(fā)明所合成的整體柱兼具氧化鈦納米顆粒的特性和整體柱有機骨架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，且避免了后續(xù)繁瑣的化學(xué)修飾步驟。

附圖說明

圖1：本發(fā)明所合成的銳鈦礦型氧化鈦納米顆粒的掃描電鏡圖（SEM）。

圖2：本發(fā)明所合成的銳鈦礦型氧化鈦納米顆粒的X-射線衍射圖（XRD）。