[發(fā)明專利]功能化硅膠材料及其生產(chǎn)工藝與使用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811022875.6
• 申請(qǐng)日: 2018-09-03
• 公開（公告）號(hào): CN109261224B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊南超;龔艷;王萌萌;蓋瑞特·約翰·威爾遜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州硒諾唯新新材料科技有限公司
• 主分類號(hào): B01J39/19
• 分類號(hào): B01J39/19;B01J41/13;C08G83/00;C08G77/28
• 代理公司: 南京業(yè)騰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32321
• 代理人: 董存壁

功能化硅膠材料及其生產(chǎn)工藝與使用。本發(fā)明涉及多官能交聯(lián)聚合物基團(tuán)改性硅膠的新組合物。該組合物可用于產(chǎn)品純化，以及從產(chǎn)品流、工藝流和廢液中去除不需要的有機(jī)和無機(jī)化合物。

本發(fā)明涉及新的多官能交聯(lián)聚合物基團(tuán)改性硅膠及其生產(chǎn)工藝與使用，如用于從產(chǎn)品流、工藝流和廢液中去除有機(jī)和無機(jī)化合物，或用作陰陽(yáng)離子交換劑、金屬色譜材料、固相純化或萃取材料、生物分子的固定材料、抗微生物劑、催化劑和催化劑載體、親水性改性劑、防火劑、抗靜電劑、生物醫(yī)學(xué)設(shè)備的涂層、控釋材料、防水膜和涂層、固相合成材料及色譜材料。本發(fā)明還涉及其生產(chǎn)工藝。

許多不同行業(yè)和市場(chǎng)應(yīng)用的技術(shù)開發(fā)驅(qū)動(dòng)著化學(xué)成分達(dá)到更高純度水平的需求，而這也正是此類技術(shù)的基石。例如：制藥和生物技術(shù)行業(yè)中有機(jī)和無機(jī)雜質(zhì)必須去除到更低的水平；電子工業(yè)中常見的如鈉、鈣、鎂和鐵等殘留金屬含量在產(chǎn)品中必須低于1ppm。此外，固體、涂料和薄膜正在被使用和開發(fā)，其中包含的官能團(tuán)可為大量應(yīng)用提供額外的或改進(jìn)的性能，從實(shí)現(xiàn)更低析漏損失的控釋藥物和控釋農(nóng)用化學(xué)品，到捕獲空氣中有毒氣體的特種材料。

由于環(huán)境保護(hù)的社會(huì)壓力和立法壓力越來越大，對(duì)清潔工藝、避免或減少?gòu)U棄物的產(chǎn)生，尤其是環(huán)境中有毒金屬和化合物要達(dá)到監(jiān)管要求的更低殘留量等需求不斷提高。例如，監(jiān)管要求鎳的排放標(biāo)準(zhǔn)為0.1ppm，但目前缺乏有效的技術(shù)來達(dá)到這一限定值。鈧、釔、鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿和镥等稀土金屬在各行業(yè)眾多應(yīng)用中的使用不斷增加，也強(qiáng)調(diào)了能夠從產(chǎn)品流、工藝流和廢液中有效回收再利用該類金屬的新技術(shù)及更好技術(shù)的需求日益增長(zhǎng)。

高價(jià)值的有機(jī)化合物或聚合物通常通過多步流程生產(chǎn)，且常含有副產(chǎn)物、異構(gòu)體和雜質(zhì)。在大多數(shù)情況下，所需產(chǎn)品必須純化才能符合性能及法規(guī)要求。這些要求值可能非常低，如鈉含量應(yīng)小于1ppm。因此，越來越需要更有效的純化技術(shù)，以去除特定范圍內(nèi)與目標(biāo)產(chǎn)物一起存在的副產(chǎn)物、異構(gòu)體和雜質(zhì)。現(xiàn)有技術(shù)，如結(jié)晶，可能導(dǎo)致產(chǎn)品的顯著損失，并且在許多情況下無法獲得期望的純度。

功能化材料正在被開發(fā)，且是達(dá)到這些日益苛刻要求的方法之一。功能化材料可以凈化產(chǎn)品，從混合物中選擇性地去除所需成分，或從產(chǎn)品流、工藝流和廢液中去除有毒和/或高價(jià)值的金屬或化合物。使用功能化材料的方法包括使流體通過功能化材料，所需成分即被選擇性地去除，碳就是這樣的材料。由于其工藝條件，碳的表面含有許多含氧有機(jī)基團(tuán)。盡管碳價(jià)格便宜，但有一些缺點(diǎn)，包括產(chǎn)品損失率高，以及在最終產(chǎn)品中去除不需要的化合物或金屬?gòu)亩鴮?shí)現(xiàn)低殘留水平的性能差。這是非特異性結(jié)合性質(zhì)和表面官能團(tuán)效力差的結(jié)果。總之，使用碳無法獲得所需性能和達(dá)到監(jiān)管目標(biāo)。

功能化有機(jī)聚合物是可用于產(chǎn)品純化的功能化材料實(shí)例。有機(jī)聚合物骨架如聚苯乙烯和聚烯烴，這些骨架上只能結(jié)合極少數(shù)、簡(jiǎn)單的單一官能團(tuán)，如磺酸或胺基，主要通過離子交換機(jī)理起作用，這些官能團(tuán)對(duì)相關(guān)金屬的親和力很低。因此，使用現(xiàn)有的有機(jī)骨架材料無法實(shí)現(xiàn)所需的高水準(zhǔn)性能。這些有機(jī)樹脂有幾個(gè)關(guān)鍵的限制，其一是不能將該應(yīng)用所需的官能團(tuán)結(jié)合到有機(jī)聚合物骨架上，這是由于可以在這些聚合物上進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)有限。因此，未來能夠?qū)⒈姸嗖煌摹⒍喙倌軋F(tuán)結(jié)合在這些有機(jī)聚合物骨架上以獲得預(yù)期性能水平的希望非常小。進(jìn)一步的限制包括化學(xué)和熱穩(wěn)定性差，而且會(huì)在有機(jī)溶劑中膨脹和收縮。總體而言，基于這些有機(jī)骨架開發(fā)所需技術(shù)存在嚴(yán)重的局限性。

無機(jī)聚合物體系，如二氧化硅、氧化鋁和氧化鈦也已被披露為功能化材料。無機(jī)聚合物骨架相比有機(jī)聚合物骨架具備幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即更好的物理、化學(xué)和熱穩(wěn)定性，且表面更易存取官能團(tuán)，因其具有良好的孔隙結(jié)構(gòu)、且不膨脹而更易操作。然而，只有少數(shù)幾個(gè)簡(jiǎn)單的官能團(tuán)可以通過非常有限的化學(xué)過程附著到這些骨架上。與有機(jī)聚合物相比，這些無機(jī)聚合物材料的另一個(gè)限制是官能團(tuán)負(fù)載量較低。

現(xiàn)有的功能化無機(jī)材料受限于只具備少數(shù)幾個(gè)簡(jiǎn)單的、單一官能團(tuán)，通常只有一個(gè)或最多兩個(gè)雜原子，結(jié)合機(jī)制簡(jiǎn)單且較弱，對(duì)要去除的靶體具有低親和力且官能團(tuán)負(fù)載率也低，因此在使用中對(duì)目標(biāo)靶體的有效吸附較低。這是由于：

a)制備這些材料所需的初始試劑硅烷不易獲得，因?yàn)樗鼈冸y以生產(chǎn)；