[發(fā)明專利]一種聚吡咯多孔中空納米微球及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910449588.1
• 申請(qǐng)日: 2019-05-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111974322A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁曉莉;王鑫蘭;李曉峰;趙紅永;曹倩倩;張玉忠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J13/14
• 分類號(hào): B01J13/14;C08G73/06;B01D53/22;B01D71/68;B01D69/12;B01D61/00
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本發(fā)明涉及納米技術(shù)和高分子技術(shù)，具體的說(shuō)是一種殼層多孔的聚吡咯中空納米微球和它的制備方法及其應(yīng)用，其制備過(guò)程可按以下方法進(jìn)行：即在氧化劑氯化鐵的作用下，吡咯單體低溫下在納米二氧化硅模板表面發(fā)生聚合反應(yīng)，之后用氫氟酸刻蝕，除去模板后形成中空結(jié)構(gòu)并在聚吡咯殼層留下納米級(jí)孔洞。該種聚吡咯多孔中空納米微球可用作填料用于氣體分離膜、滲透汽化膜、納濾膜等的制備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米技術(shù)，高分子技術(shù)，具體的說(shuō)是一種聚吡咯多孔中空納米微球和它的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

由于聚吡咯具有獨(dú)特的性質(zhì)，已經(jīng)應(yīng)用在許多方面。目前，聚吡咯的合成方法有電化學(xué)氧化聚合法和化學(xué)聚合法，但是，所制備的聚吡咯結(jié)構(gòu)單一，不能很好的應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中。為制備具有特殊結(jié)構(gòu)的聚吡咯，研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)了包括模板聚合，界面聚合，種子聚合等多種方法，特別是聚吡咯可以在稀鹽酸環(huán)境中，過(guò)硫酸銨作為氧化劑，通過(guò)化學(xué)氧化聚合方法制備，但是，這些合成方法使用了有毒有害的化學(xué)物質(zhì)，對(duì)大自然帶來(lái)不可避免的有害影響，因此具有特殊結(jié)構(gòu)的聚吡咯的綠色合成的研究引起了研究者的極大興趣。

多孔中空納米微球由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，將其添加到膜基質(zhì)中，可以減少傳質(zhì)路徑，從而降低傳質(zhì)阻力，是提高膜通量的的一個(gè)很有效的方法。本發(fā)明主要關(guān)于用一種簡(jiǎn)便的方法制備的聚吡咯多孔中空納米微球和應(yīng)用：即在氧化劑的作用下，低溫使吡咯單體在納米二氧化硅模板表面發(fā)生化學(xué)聚合，之后用氫氟酸刻蝕，除去模板形成中空結(jié)構(gòu)并在殼層留下納米級(jí)的孔隙。這種方法操作簡(jiǎn)單，步驟少，制備的納米中空微球可用作填料，用于氣體分離膜、滲透汽化膜、納濾膜等的制備。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種可用簡(jiǎn)單的方法制備的聚吡咯多孔中空納米微球及制備方法和應(yīng)用。其制備方案如下：

1)將二氧化硅微球(尺寸為10-100nm)與一定量的水混合；

2)將一定量的吡咯、醋酸鈉溶于一定量的水，加入到步驟1)中配置的混合液中，超聲使其混合均勻，降溫至4℃以下，反應(yīng)10-15小時(shí)；

3)將一定量的氯化鐵溶于水，加入到步驟2)配好的混合液中，在4℃下持續(xù)攪拌反應(yīng)一段時(shí)間，洗滌，離心，將所得產(chǎn)物用HF浸泡一段時(shí)間，離心，洗滌得到最終產(chǎn)物。

采用氯化鐵的濃度為0.1-0.5mol/L；HF的濃度為3-8％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：利用一步模板法形成了中空和殼層多孔的結(jié)構(gòu)，工藝簡(jiǎn)單，并且所制備的微球尺寸較為均一。可以通過(guò)控制二氧化硅模板的尺寸來(lái)控制聚吡咯多孔中空納米微球的中空尺寸，通過(guò)吡咯的濃度來(lái)控制殼層厚度。反應(yīng)生成聚合物微球作為填料在制備混合基質(zhì)膜時(shí)，與其他聚合物相容性好。本發(fā)明制備的聚吡咯多孔中空納米微球可以作為填料應(yīng)用在氣體分離膜、滲透汽化膜、納濾膜等。以下結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用做進(jìn)一步說(shuō)明。以下實(shí)例進(jìn)一步描述和說(shuō)明了本發(fā)明范圍內(nèi)的實(shí)施方案。給出的實(shí)例僅用于說(shuō)明的目的，但并不限于此，對(duì)本發(fā)明不應(yīng)構(gòu)成任何限定，在不背離本發(fā)明精神和范圍的條件下可對(duì)其進(jìn)行各種改變。

附圖說(shuō)明

圖1聚吡咯多孔中空納米微球的TEM圖

圖2聚吡咯多孔中空納米微球的BET分析

圖3 Pebax/聚吡咯多孔中空納米微球混合基質(zhì)膜的斷面電鏡照片

圖4聚哌嗪酰胺-聚吡咯多孔中空納米微球/聚砜復(fù)合納濾膜的表面電鏡照片

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

將一定量的Pebax1657溶于乙醇/水(70wt％/30wt％)的混合溶液，80℃加熱兩小時(shí)，將一定量的聚吡咯多孔中空納米微球加入到混合液中，超聲攪拌分散均勻，將混合液倒入到聚四氟乙烯模具中，室溫下放置24小時(shí)，真空烘箱中45℃真空干燥24小時(shí)。