[發明專利]一種表面介孔二氧化硅單分散微球的制備方法

在審

• 申請號: 202310255597.3
• 申請日: 2023-03-16
• 公開（公告）號: CN116282050A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 邱洪燈;劉蓓;陳佳
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C01B33/18
• 分類號: C01B33/18;B82Y30/00;B82Y40/00;B01J20/283
• 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

本發明公開了一種表面介孔二氧化硅單分散微球的制備方法，是以單分散無孔硅膠微球為原料，以烷氧基硅烷或三氯硅烷為硅源，十六烷基三甲基溴化銨等為模板劑，在催化劑的作用下，在一定溫度下反應形成多孔性的殼層前體，然后通過索氏提取法從殼層前體中除去模板劑形成表面含功能基團的多孔二氧化硅單分散微球，該微球可作為具有特定選擇性吸附性能，可作為液相色譜填料應用在高效液相色譜的快速分離分析中。本發明合成方法簡單，操作方便，成本對低，綠色環保，具有很好的拓展應用前景。

技術領域

本發明涉及一種表面介孔二氧化硅微球的制備方法，尤其涉及一種通過模板制備表面介孔二氧化硅單分散微球的方法，主要作為色譜填料用于高效液相色譜分離，屬于復合材料技術領域和色譜分離技術領域。

背景技術

表面多孔硅球是在堅實的硅膠微球上形成一個均勻的多孔層，其比實心硅球的載樣量大，比全多孔硅球的操作壓力更低，因此已成為主流的液相色譜填料。目前，制備表面多孔硅球的一般方法，是先制備無孔核，然后在無孔核表面包覆多孔殼層，最后通過鍵合修飾功能基團，使表面多孔硅球成為具有特定選擇性的液相色譜填料。該方法工藝復雜，步驟繁瑣，耗時較長，操作不便，且成本高。因此，研發一種工藝簡單，成本低的表面介孔二氧化硅微球的合成方法具有十分重要的意義。

發明內容

本發明的目的是提供了一種通過模板制備表面介孔二氧化硅單分散微球的方法。

本發明制備表面介孔二氧化硅單分散微球的方法，是將單分散無孔硅膠微球、模板劑和催化劑超聲分散在水中，再在攪拌下加入硅源，升溫至80~105℃反應10~24?h；反應結束后，產物用去離子水和乙醇反復清洗，干燥后在酸性甲醇中索氏提取回流24h除去模板劑形成含功能基團的多孔性殼層，即得表面介孔二氧化硅單分散微球。其功能基團可進一步衍生化，進而擴展了其應用的可能性。

所述單分散無孔硅膠微球的直徑為1~5μm，可購買或參考文獻方法合成得到。

所述硅源為三烷氧基硅烷(R₁O)₃-Si-R₂或三氯硅烷Cl₃-Si-R₃，或者兩者的混合物，其中R₁選自甲基、乙基、丙基或異丙基，R₂選自乙烯基、γ-氨丙基、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基、γ-縮水甘油醚氧丙基、γ-甲基丙烯酰氧基丙基、γ-巰丙基、乙烯基、苯基，R₃選自正辛基、正癸基、十八烷基、苯基、γ-氯丙基、乙烯基、γ-氰丙基、全氟十二烷基。硅源的側鏈R₂和R₃有機基團在形成殼層的過程中分布在孔壁和孔道，在殼層表面引入了除硅羥基之外的有機基團。硅源的用量為單分散無孔硅膠微球質量的0.1~0.5倍。

所述模板劑為十六烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基溴化銨、雙十二烷基二甲基氯化銨、雙十二烷基二甲基溴化銨中的一種或多種混合。模板劑的用量為單分散無孔硅膠微球質量的0.2~2倍。在堿性環境中，實心硅球表層溶解后在模板劑形成膠束的誘導下再沉積在硅球表面。在沉積的過程中，三烷氧基硅烷與三氯硅烷的水解物均勻分布在沉積層中。模板劑中可添加辛烷、均三甲苯作為輔助模板劑，使模板劑形成的膠束體積增大，最終形成較大的孔徑。

所述催化劑可為氫氧化鈉、三乙胺或氨水。催化劑的作用是促使硅源水解和實心硅球表層溶解，最終硅源水解產物與實心硅球表層溶解產物沉積在實心硅球表面形成多孔性殼層。催化劑的用量為單分散無孔硅膠微質量的0.01~20倍。

所述酸性甲醇是以濃度37%的鹽酸與甲醇以0.5:100~5:100的體積比混合而成。

氏提取回流除去模板劑后，多孔性殼層中暴露出了三烷氧基硅烷與三氯硅烷引入的有機基團，這些功能基團具有特定選擇性吸附性能，可作為液相色譜填料應用在高效液相色譜的快速分離分析中。