[发明专利]一种印迹碳微球的制备方法

权利要求书

1.一种印迹碳微球的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：碳微球、二苯并噻吩、二甲基丙烯酸乙二醇酯、α-甲基丙烯酸、氯仿、无水乙醇、无水甲醇、冰乙酸、p-(氯甲基)苯基三甲氧基硅烷、二乙基二硫代氨基甲酸钠、硫酸、硝酸、甲苯、去离子水、氮气，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米³为计量单位

碳微球：C                                     0.5g±0.001g

二苯并噻吩：C₁₂H₈S                          0.184g±0.001g

二甲基丙烯酸乙二醇酯：C₁₀H₁₄O₄                 4mL±0.01mL

α-甲基丙烯酸：C₄H₆O₂                       0.34mL±0.01mL

氯仿：CHCl₃                                   20mL±0.01mL

无水乙醇：C₂H₅OH                              5000mL±10mL

无水甲醇：CH₃OH                               5000mL±10mL

冰乙酸：C₂H₄O₂                                5000mL±10mL

p-(氯甲基)苯基三甲氧基硅烷：C₁₀H₁₅ClO₃Si    0.45mL±0.01mL

二乙基二硫代氨基甲酸钠：C₅H₁₆NO₃S₂Na        0.046g±0.001g

甲苯：C₇H₈                                     100mL±10mL

去离子水：H₂O                               20000mL±100mL

硫酸：H₂SO₄                                     100mL±1mL

硝酸：HNO₃                                      100mL±1mL

氮气：N₂                                 200000cm³±100cm³

制备方法如下：

(1)精选化学物质材料

对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度、浓度、含量控制：

碳微球：固态固体含碳量97％

二苯并噻吩：固态固体98％

二甲基丙烯酸乙二醇酯：液态液体98％

α-甲基丙烯酸：液态液体99％

氯仿：液态液体99％

无水乙醇：液态液体99.7％

无水甲醇：液态液体99.5％

冰乙酸：液态液体99.5％

p-(氯甲基)苯基三甲氧基硅烷：液态液体95％

二乙基二硫代氨基甲酸钠：固态固体99％

甲苯：液态液体99.5％

去离子水：液态液体99.99％

硫酸：液态液体浓度36％

硝酸：液态液体浓度36％

氮气：气态气体99.99％

(2)研磨、过筛、纯化、细化处理碳微球

将碳微球用玛瑙研钵、研棒进行研磨，用625目筛网过筛，研磨、过筛重复进行，碳微球颗粒直径≤20μm；

(3)氧化处理碳微球

①氧化处理碳微球是在三口烧瓶、水浴缸、超声分散仪、电热搅拌皿上进行的，在氮气保护、水循环冷凝状态下完成；

②将碳微球0.5g加入三口烧瓶中；

将硫酸90mL+硝酸30mL，配制成混酸，然后由加液漏斗加入三口烧瓶中；

③将三口烧瓶置于超声分散仪上，开启超声仪，在超声波频率40Hz下超声分散20min；

④超声分散后，将三口烧瓶置于水浴缸上；

⑤开启水循环冷凝管的进水管、出水管，进行水循环冷凝；

⑥开启氮气阀、氮气瓶，向三口烧瓶输入氮气，氮气输入速度20cm³/min；

⑦开启电热搅拌皿，温度由25℃升至80℃±2℃，并开始搅拌，进行氧化反应；

⑧搅拌，氧化反应时间20min±2min，成：氧化物溶液；

⑨碳微球在氧化反应过程中将进行化学反应，反应式如下：

式中：

C-OH：含羟基的氧化碳微球

SO₂：二氧化硫

NO₂：二氧化氮

CO₂：二氧化碳

⑩氧化反应后，关闭电热搅拌皿，使三口烧瓶及其内的氧化物溶液随水浴缸冷却至25℃；

抽滤

将氧化物溶液置于抽滤瓶的布氏漏斗中，用三层中速定性滤纸进行抽滤，滤纸上留存产物滤饼，废液抽至滤瓶中；

去离子水洗涤、抽滤

将产物滤饼置于烧杯中，加入去离子水100mL，搅拌洗涤5min；

然后将洗涤液置于抽滤瓶的布氏漏斗中，用三层中速定性滤纸进行抽滤，滤纸上留存产物滤饼，废液抽至滤瓶中；

去离子水洗涤、抽滤重复进行五次；

真空干燥

将产物滤饼置于真空干燥箱中进行干燥处理，干燥温度40℃±2℃，真空度10Pa，干燥时间480min，干燥后得：含羟基的氧化碳微球；

(4)碳微球接枝

①碳微球接枝修饰在三口烧瓶、水浴缸、电热搅拌皿上进行，在氮气保护、水循环冷凝状态下完成；

②将含羟基的氧化碳微球加入三口烧瓶中；

将甲苯25mL加入三口烧瓶中；

将改性剂p-(氯甲基)苯基三甲氧基硅烷0.45mL溶于10mL甲苯中，

然后加入三口烧瓶中；

③开启水循环冷凝管的进水管、出水管，进行水循环冷凝；

④开启氮气阀、氮气瓶，输入氮气，氮气输入速度20cm³/min；

⑤开启电热搅拌皿，温度由25℃升至60℃±2℃，并搅拌；

⑥加热、搅拌240min，进行修饰改性反应；

⑦在修饰改性反应中将发生化学反应，反应式如下：

式中：

C-C₉H₁₂ClO₃Si：硅烷化的碳微球

CH₃OH：无水甲醇

⑧修饰、改性反应后，关闭电热搅拌皿，停止加热搅拌，使其在氮气、水循环冷凝状态下冷却至25℃；得：修饰改性溶液；

⑨抽滤

将修饰改性溶液置于抽滤瓶的布氏漏斗中，用有机滤膜进行抽滤，滤膜上留存产物滤饼，废液抽至滤瓶中；

⑩真空干燥

将产物滤饼置于真空干燥箱中进行干燥，干燥温度40℃±2℃，真空度10Pa，干燥时间480min，干燥后得硅烷化碳微球；

(5)碳微球修饰改性

①将硅烷化碳微球加入三口烧瓶中；

将甲苯20mL加入三口烧瓶中；

将改性剂二乙基二硫代氨基甲酸钠0.046g溶于10mL无水乙醇中，然后加入三口烧瓶中；

②开启水循环冷凝管的进水管、出水管，进行水循环冷凝；

③开启氮气阀、氮气瓶，输入氮气，氮气输入速度20cm³/min；

④开启电热搅拌皿，温度恒定在25℃±2℃，并搅拌；

⑤恒温搅拌720min，进行修饰改性反应；

⑥在修饰改性反应中将发生化学反应，反应式如下：

式中：

C-C₁₄H₂₂NO₃S₂Si：引发转移终止剂修饰的碳微球

NaCl：氯化钠

⑦修饰、改性反应后，关闭电热搅拌皿，停止搅拌，使其在氮气、水循环冷凝状态下恒温在25℃±2℃；得：修饰改性溶液；

⑧抽滤

将修饰改性溶液置于抽滤瓶的布氏漏斗中，用有机滤膜进行抽滤，滤膜上留存产物滤饼，废液抽至滤瓶中；

⑨真空干燥

将产物滤饼置于真空干燥箱中进行干燥，干燥温度40℃±2℃，真空度10Pa，干燥时间480min；

干燥后得：引发转移终止剂修饰的碳微球；

(6)碳微球接枝聚合

①碳微球接枝聚合在三口烧瓶、电热搅拌皿、紫外光汞灯下进行，在氮气保护下完成；

②将引发转移终止剂修饰的碳微球加入三口烧瓶中，将无水乙醇20mL加入三口烧瓶中，将α-甲基丙烯酸0.34mL加入三口烧瓶中；

③开启氮气阀、氮气瓶，输入氮气，氮气输入速度20cm³/min；

开启电热搅拌皿，进行磁力搅拌；

开启紫外汞灯，开始紫外光照射，紫外光汞灯照射功率400w。

④在均匀搅拌下，紫外光照180min±2min，使α-甲基丙烯酸在修饰改性碳微球表面接枝聚合；

⑤在修饰改性反应中将发生化学反应，反应式如下：

式中：

UV：紫外光照射

C-C₁₈H₂₈NO₅S₂Si：接枝聚甲基丙烯酸的碳微球

⑥接枝聚合反应后，关闭紫外光汞灯，停止磁力搅拌，使其冷却至25℃±2℃；得：接枝聚甲基丙烯酸溶液；

⑦抽滤

将接枝聚甲基丙烯酸溶液置于抽滤瓶的布氏漏斗中，用有机滤膜进行抽滤，滤膜上留存产物滤饼，废液抽至滤瓶中；

⑧真空干燥

将产物滤饼置于真空干燥箱中进行干燥，干燥温度40℃±2℃，真空度10Pa，干燥时间480min；

⑨干燥后得：接枝聚甲基丙烯酸的碳微球；

(7)制备印迹碳微球

①制备印迹碳微球在三口烧瓶、电热搅拌皿、水浴缸上进行，在氮气保护、水循环冷凝下完成；

②将接枝聚甲基丙烯酸的碳微球加入三口烧瓶中，将二苯并噻吩0.184g加入三口烧瓶中，将氯仿20mL加入三口烧瓶中；

③开启水循环冷凝管的进水管、出水管，进行水循环冷凝；

开启氮气阀、氮气瓶，输入氮气，氮气输入速度20cm³/min；

开启电热搅拌皿，使温度恒定在25℃±2℃，并开始搅拌；

④均匀搅拌180min±2min，使接枝聚甲基丙烯酸的碳微球与二苯并噻吩充分作用；

⑤加入交联剂二甲基丙烯酸乙二醇酯4mL，继续搅拌1440min，并调节电热搅拌皿，使温度由25℃升至60℃±2℃，并进行反应；

⑥在制备印迹碳微球过程中将发生化学反应，反应式如下：

式中：

C-C₄₀H₅₀NS₃O₉Si：含有二苯并噻吩的印迹碳微球

⑦反应后，关闭电热搅拌皿，使三口烧瓶在水浴缸内、在氮气保护下，在水循环冷凝下自然冷却至25℃，成：印迹碳微球反应溶液；

⑧抽滤

将印迹碳微球反应溶液置于抽滤瓶的布氏漏斗中，用有机滤膜进行抽滤，滤膜上留存产物滤饼，废液抽至滤瓶中；

⑨无水乙醇洗涤、抽滤

将抽滤后的产物滤饼置于烧杯中，加入无水乙醇100mL，搅拌洗涤，然后用有机滤膜进行抽滤；

洗涤、抽滤重复进行十次；

⑩无水甲醇+冰乙酸洗涤、抽滤、除去二苯并噻吩

配制无水甲醇+冰乙酸混合溶液

将无水甲醇720mL、冰乙酸80mL置于烧杯中，搅拌10min，成：混合溶液；

将印迹碳微球置于烧杯内的混合溶液中，用搅拌器搅拌洗涤；

然后在抽滤瓶上用有机滤膜进行抽滤；

洗涤、抽滤重复进行五次；

洗涤后除去二苯并噻吩，形成空穴，洗涤后得：印迹碳微球；

无水乙醇洗涤、抽滤

将印迹碳微球置于烧杯中，加入无水乙醇100mL，搅拌洗涤；

然后在抽滤瓶上用有机滤膜进行抽滤；

洗涤、抽滤重复进行十次；

洗涤后除去无水甲醇、冰乙酸，得产物：印迹碳微球滤饼；

真空干燥

将洗涤、抽滤后的最终产物碳微球滤饼置于真空干燥箱中干燥，干燥温度40℃±2℃，真空度10Pa，干燥时间480min；

干燥后得最终产物：印迹碳微球；即：黑色粉体印迹碳微球；

(5)检测、化验、分析、表征

对制备的印迹碳微球的色泽、形貌、结构、成分、化学物理性能、吸光度、浓度进行检测、分析、表征；

用场发射扫描电子显微镜进行形貌分析；

用热重分析仪进行热稳定性分析；

用红外光谱仪进行表面官能团分析；

用气相色谱仪进行析出峰面积测量；

结论：印迹碳微球为黑色粉体颗粒，颗粒直径为100-200nm，碳微球表面呈不规则空穴状；

(6)产物储存

对制备的印迹碳微球产物密闭储存于无色透明的玻璃容器中，置于干燥、洁净环境，要防水、防晒、防潮、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃±2℃，相对湿度≤10％。