[發明專利]一種負載金納米粒子的高性能高強度復合凝膠的合成及應用

有效

• 申請號: 201810118929.2
• 申請日: 2018-02-06
• 公開（公告）號: CN108404980B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 何曉燕;張云雷;張彩蕓;劉利琴;韓慧敏
• 申請（專利權）人: 西北師范大學
• 主分類號: B01J31/06
• 分類號: B01J31/06;B01J37/16;B01J32/00;B01J23/52;B01J13/00;C07C213/02;C07C215/76
• 代理公司: 蘭州智和專利代理事務所(普通合伙) 62201
• 代理人: 張英荷

本發明公開了一種基于金納米粒子的高性能高強度水凝膠，是以陽離子液體3?(異丁烯酰胺)丙基三甲基氯化銨和陰離子液體對苯乙烯磺酸鈉為共聚單體，α?酮?戊二酸為光引發劑，在NaCl溶液中，經紫外引發聚合后，再與兩性粒子聚合物1?乙烯基?3?丙基咪唑磺酸鹽通過離子鍵進行交聯，合成了具有高機械強度的水凝膠，該水凝膠通過離子鍵的形式將AuCl₄^?吸附，最后經硼氫化鈉還原將金納米粒子固定到凝膠內部，形成P(PVIS)/P(NaSS?MPTC)/Au復合凝膠。該復合凝膠用于催化NaBH₄溶液還原4?硝基苯酚的反應表現出很高的催化活性，使得反應在20min內完成。

技術領域

本發明涉及一種負載金屬納米粒子的復合凝膠，尤其涉及一種負載金納米粒子的高性能高強度復合凝膠的合成，主要用于催化NaBH₄溶液還原4-硝基苯酚的反應。

背景技術

眾所周知，4-硝基苯酚有毒并且有可能形成環境中大量有害的堆積物，它是工業廢水中造成污染的主要來源。用NaBH₄溶液還原4-硝基苯酚是一個典型反應，而如何使得這個反應高效而快速的進行，則是環境化學領域的重點研究課題。而選擇合適的催化劑則是解決上述問題的主要途徑之一。

金屬納米粒子具有獨特的量子尺寸效應、體積效應、表面界面效應及宏觀量子隧道效應，已經廣泛地應用于催化劑、生物醫藥和傳感器等領域的研究。但是，由于納米金屬粒子易團聚，從而降低了比表面積與分散度，使其催化活性大大降低，大大限制了其廣泛應用。而水凝膠作為一種具有三維網狀結構的柔性軟材料，且富含大量功能集團，被大量用作無機納米粒子分散固定的理想載體。然而，常見水凝膠的機械性能較差，在應用過程中易斷易碎，無法承受外界較強應力，使其催化性能大打折扣，極大程度地降低了負載金屬納米粒子凝膠在工業上的利用率。因此，尋找一種高強度高性能的凝膠載體勢在必行。

發明內容

本發明的目的是針對吸納有技術中存在的問題，提供一種基于金納米粒子的高性能高強度水凝膠的合成方法，主要用于催化NaBH₄溶液還原4-硝基苯酚的反應。

一、復合凝膠的合成

一種負載金納米粒子的高性能高強度復合凝膠的合成，包括以下工藝步驟：

（1）兩性離子液體聚合物P(PVIS)的合成：以二氯甲烷為溶劑，N-乙烯基咪唑與1,3-丙烷磺酸內酯以1:0.9~1:1.1的摩爾比，于40~50℃恒溫下劇烈攪拌3~5h，得到白色固體，再經乙醚洗滌除去未反應完的單體和雜質，得兩性離子液體；然后以水為介質，過硫酸鉀為引發劑，氮氣保護下，使兩性離子液體與氯化鈉以1:0.25~1:0.3的摩爾比，于60~70℃恒溫下反應3~5h，得到淡黃色半透明粘稠聚合物；加入丙酮洗滌沉降，得到白色不透明固體聚合物，即為兩性離子液體聚合物——1-乙烯基-3-丙基咪唑磺酸鹽P(PVIS)。

引發劑過硫酸鉀的加入量為兩性離子液體摩爾量的1.5×10^-5~2×10^-5倍。

（2）水凝膠P(PVIS)/P(NaSS-MPTC)的合成：在NaCl溶液中，氮氣氛圍下，以陽離子液體3-(異丁烯酰胺)丙基三甲基氯化銨(MPTC)、陰離子液體對苯乙烯磺酸鈉(NaSS)及兩性離子液體聚合物P(PVIS)為共聚單體，α-酮-戊二酸為光引發劑，在365nm的紫外燈下照射24~48h，聚合得到水凝膠P(NaSS-MPTC)。

陽離子液體3-(異丁烯酰胺)丙基三甲基氯化銨(MPTC)與陰離子液體對苯乙烯磺酸鈉(NaSS)的摩爾比為1:1~1:1.1；

陽離子液體3-(異丁烯酰胺)丙基三甲基氯化銨(MPTC)和陰離子液體對苯乙烯磺酸鈉(NaSS)的總摩爾量與兩性離子液體聚合物P(PVIS) 的摩爾比為1:0.25~1:75；