[發(fā)明專利]一種周期性介孔有機(jī)氧化硅材料的綠色制備方法

有效

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• 申請日: 2018-12-05
• 公開（公告）號: CN109516470B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林楓;孟祥艷;盧勝杰;武利順;王斌;岳峰
• 申請（專利權(quán)）人: 菏澤學(xué)院
• 主分類號: C01B39/04
• 分類號: C01B39/04;C01B37/00
• 代理公司: 濟(jì)南泉城專利商標(biāo)事務(wù)所 37218
• 代理人: 李桂存

本發(fā)明屬于介孔材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種周期性介孔有機(jī)氧化硅材料的綠色制備方法，在Na₂S₂O₈溶液中利用超聲波獨特的微流射效應(yīng)和空化沖擊波效應(yīng)消除局部的濃度不均，加速羥基自由基的產(chǎn)生，并促進(jìn)橋聯(lián)有機(jī)倍半硅氧烷的水解，之后與有機(jī)模板劑P123和水溶性無機(jī)鹽在超聲下混合，促進(jìn)有機(jī)模板劑和有機(jī)硅源之間的自組裝過程；該方法是在無酸、無堿、無重金屬離子的中性條件下進(jìn)行的，不會產(chǎn)生酸堿性以及含有重金屬離子的廢液，反應(yīng)過程綠色無污染；該反應(yīng)具有效率高，反應(yīng)條件溫和，操作方便等優(yōu)點，利于在大規(guī)模生產(chǎn)中的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于介孔材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種周期性介孔有機(jī)氧化硅材料的綠色制備方法。

背景技術(shù)

周期性介孔有機(jī)氧化硅材料(PMOs)是一種新型的有機(jī)無機(jī)雜化材料。相比于傳統(tǒng)無機(jī)的介孔二氧化硅材料，除了均一的孔徑和較高的比表面積外，PMOs材料還具有一些新的特點，如表面疏水性/親水性的可調(diào)性，優(yōu)異的水熱穩(wěn)定性和吸附能力等。此外，PMOs骨架結(jié)構(gòu)中存在的有機(jī)基團(tuán)還可以通過進(jìn)一步的功能化改性衍生出新的官能團(tuán)。因此，PMOs材料在許多領(lǐng)域體現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，特別是在化學(xué)工業(yè)(催化)，環(huán)境應(yīng)用(污染物去除)和生物醫(yī)療(藥物緩釋)等方面。

PMOs材料是以離子型表面活性劑或非離子型嵌段共聚物為模板劑，通過橋聯(lián)有機(jī)倍半硅氧烷的水解和縮聚來制備。由于橋聯(lián)有機(jī)倍半硅氧烷中有機(jī)間隔物的構(gòu)象和誘導(dǎo)效應(yīng)，其水解和聚合速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的無機(jī)硅源，如正硅酸乙酯(TEOS)，導(dǎo)致PMOs材料的制備通常需要在強酸或強堿環(huán)境下進(jìn)行，以促進(jìn)橋聯(lián)有機(jī)倍半硅氧烷的水解聚合速率。然而PMOs材料合成過程中的強酸或強堿對反應(yīng)設(shè)備具有一定的腐蝕性，并且不可避免的會產(chǎn)生酸堿性的廢液，帶來一定的環(huán)境污染問題，極大的限制了PMOs材料的生產(chǎn)及應(yīng)用。近年來科研工作者開始探索PMOs在弱酸弱堿甚至無酸堿條件下的合成。Lin等人利用磷酸或磷酸鹽緩沖溶液提供的弱酸性環(huán)境合成了PMOs材料(Lin F.et al.Microporous and MesoporousMaterials 207(2015)61)。Chang-Sik等人利用過渡金屬鹽類的水解產(chǎn)生的酸性，合成了結(jié)構(gòu)高度有序的PMOs材料，但該方法一方面引入了重金屬離子，另一方面還是會產(chǎn)生大量的酸性廢液，對環(huán)境十分不利(Shang R.et al.Microporous and Mesoporous Materials113(2008) 47)。Huang等人通過在合成體系中通入高壓CO₂氣體，利用CO₂溶于水后產(chǎn)生的弱酸性合成出PMOs材料，然而需要注意的是這個方法需要使用特殊的氣體注入設(shè)備，成本較高且操作復(fù)雜，難以工業(yè)化(Li W.et al.Chemical Communications 52(2016)9668)。綜上所述，目前中性條件下PMOs材料的合成依然是一個難點，因此，開發(fā)出一種無酸、無堿、無重金屬離子條件下，同時設(shè)備簡單、成本低的綠色合成方法仍然是PMOs材料制備技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有PMOs材料合成中存在的困難以及環(huán)境污染等問題，本發(fā)明目的是提供一種在中性條件下無任何環(huán)境污染的PMOs材料綠色高效合成方法。該方法在材料合成的過程中無需使用任何酸或者堿，也無需添加任何對環(huán)境不利的重金屬離子即可得到結(jié)構(gòu)高度有序的PMOs材料。

一種周期性介孔有機(jī)氧化硅材料的綠色制備方法，包括如下步驟：

(1)首先將Na₂S₂O₈溶解在水中，攪拌狀態(tài)下逐滴加入前驅(qū)體橋聯(lián)有機(jī)倍半硅氧烷，之后將混合物水解，得到溶液A；

(2)將有機(jī)模板劑P123溶于水中，攪拌至完全透明后添加水溶性無機(jī)鹽，并繼續(xù)攪拌至溶解，得到溶液B；

(3)將溶液A與溶液B攪拌均勻，在50～200W、30～40℃條件下超聲，得到乳白色懸浮液，之后于30～40℃繼續(xù)攪拌12-24h；