[發明專利]一種有機雜化二氧化硅氣凝膠的制備方法

有效

• 申請號: 201810888615.0
• 申請日: 2018-08-07
• 公開（公告）號: CN109133071B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 孫敏;馮娟娟;田雨;王秀琴
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C01B33/158
• 分類號: C01B33/158;B05D7/20;B05D7/24
• 代理公司: 濟南譽豐專利代理事務所(普通合伙企業) 37240
• 代理人: 高強

本發明公開了一種有機雜化二氧化硅氣凝膠的制備方法，特別涉及利用兩端帶有三甲氧基硅烷基團的有機硅烷對二氧化硅氣凝膠進行雜化改性。這種新方法的特征在于選用氯丙基三甲氧基硅烷和氨丙基三甲氧基硅烷制備兩端帶有三甲氧基硅烷基團的有機硅烷分子，將其與硅酸乙酯反應制備有機雜化二氧化硅氣凝膠，利用硅密封膠將有機雜化二氧化硅氣凝膠材料涂覆到金屬絲表面制備了固相微萃取纖維。本發明制備的有機雜化二氧化硅氣凝膠作為涂層的固相微萃取纖維具有較高的萃取性能、優異的機械強度、優良的穩定性，在環境檢測、食品檢測和藥物分析等領域中具有很好的應用潛力。

技術領域

本發明涉及制備一種有機雜化二氧化硅氣凝膠的技術。

背景技術

固相微萃取是上世紀九十年代興起的一種新型樣品前處理技術，與傳統樣品前處理技術相比，具有無需有機溶劑、操作簡便、成本低、富集能力強、快速高效、易與色譜儀器聯用等優點，能夠集采樣、萃取、濃縮與進樣于一體，已被應用于環境分析、食品檢測、農藥殘留及藥品的檢測分析等領域。固相微萃取的核心是萃取涂層，萃取涂層的性能制約著萃取效率。所以，制備具有較高萃取性能的萃取材料，且使其具有較高比表面積與優良機械強度以及優越穩定性，是固相微萃取研究的一個重要研究方向。已經商業化的纖維，存在石英纖維易碎、涂層萃取性能差等缺陷，目前主要發展的萃取纖維是在金屬絲表面修飾萃取性能優異的涂層。

氣凝膠是凝膠脫去內部大量的溶劑與副產物后，在凝膠的內部遺留大量空隙而形成的具有空間網絡結構的固體材料，具有較高的比表面積，在隔熱和吸附領域已經廣泛研究和應用。氣凝膠根據化學組成分為無機氣凝膠和有機氣凝膠，無機氣凝膠穩定性好但機械強度差，有機氣凝膠機械強度優良但耐溫性能差，有機-無機雜化是可以有效改善各自缺陷的重要手段。二氧化硅氣凝膠是最早被開發的氣凝膠，機械強度差是阻礙其發展的主要因素。有機雜化可以有效改善二氧化硅氣凝膠機械強度差的缺點，已有研究將短鏈烷烴鍵合到二氧化硅氣凝膠上，長鏈的烷基鏈也被物理摻雜或者作為端基碳鏈雜化二氧化硅氣凝膠，機械強度顯著提高。但是物理摻雜或者鍵合端基碳鏈的雜化氣凝膠穩定性仍有待提高，長碳鏈的偶聯劑以兩端鍵合的方式嵌入二氧化硅氣凝膠的內部將有效增強機械強度的同時改善吸附萃取能力。本發明借助于氨基硅烷與氯基硅烷反應形成兩端為三甲氧基硅烷的長碳鏈偶聯劑，借助于兩端化學鍵合嵌入二氧化硅氣凝膠內部，獲得高性能的有機雜化二氧化硅氣凝膠。

發明內容

本發明的目的在于提供一種制備有機雜化二氧化硅氣凝膠的技術。本發明基于有機硅烷偶聯劑與氣凝膠的鍵合改性，獲得有機雜化二氧化硅氣凝膠，將其作為涂層制備固相微萃取纖維，制備步驟具體如下：

（1）復合有機硅烷偶聯劑的制備

在反應器中，將3-氨丙基三甲氧基硅烷和3-氯丙基三甲氧基硅烷按摩爾比為1:3-5混合均勻，用二甲基甲酰胺作為反應溶劑，用三乙胺作為催化劑，溫度升至90-120℃，攪拌回流反應8-12小時，制備得到復合有機硅烷偶聯劑；

（2）有機雜化二氧化硅氣凝膠的制備

將復合有機硅烷偶聯劑與正硅酸乙酯按照質量比為1:1-3混合，加入乙醇使其體積分數為40-60%，攪拌均勻后得到混合液，加入草酸調節混合液pH為2-3，靜置4-8小時形成溶膠，再加入氨水調節pH為7-8，升高溫度至40-60℃之間，靜置反應1-3小時形成凝膠，用乙醇進行溶劑置換，將凝膠進行冷凍干燥得到有機雜化二氧化硅氣凝膠。

本發明在復合有機硅烷偶聯劑的制備步驟中所述使二甲基甲酰胺的體積分數為60-80%，使三乙胺的體積分數為2%。

本發明在有機雜化二氧化硅氣凝膠的制備步驟中所述草酸的加入適當加快硅烷的水解，草酸的濃度為0.5-1 mol/L。

本發明在有機雜化二氧化硅氣凝膠的制備步驟中所述氨水的加入有助于增加氣凝膠的機械強度，氨水的濃度為0.05-0.1 mol/L。