[发明专利]一种具有催化性能的镍纳米复合水凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料、高分子材料领域，具体涉及一种具有催化性能的镍纳米复合水凝胶及其制备方法。

背景技术

纳米材料已经成为世界范围内最热门的研究之一。纳米粒子以其独特的尺寸效应、体积效应、表面效应和宏观量子隧道效应被广泛的应用到催化剂、冶金、宇航、生物医学等领域。纳米粒子的性能是以小尺度为基础的，然而，尺寸越小，比表面能越大，团聚趋势越强，这将导致纳米粒子的催化活性和选择性大大降低。为了解决这一问题，国内外的研究人员制备了多种的纳米粒子载体，如表面活性剂，胶束，乳胶粒或沸石等，其中对纳米粒子在这些受限空间(表面活性剂、无机模板、高分子稳定剂、胶囊等)中的制备的详尽报道结果中显示，纳米粒子的形状和几何尺寸与模板、制备方法有着密切的联系。

高分子凝胶是一种高分子三维网络和溶剂组成的复合体系。水凝胶中通常含有一些极性基团，如-OH，-NH₂，-COOH或-SO₃H等，这些基团能使凝胶吸附大量的水。而根据分子间作用力的不同，凝胶可以分为物理凝胶和化学凝胶两类；根据尺寸的不同，可以分为为凝胶和宏观凝胶两类。凝胶中的功能基团能使其负载多种功能物质，如酶、金属离子、药物等，从而扩大了水凝胶的应用范围。此外，凝胶在收到外界微小刺激(如温度、pH值、溶剂、盐浓度、光、电场、化学物质等)下，其自身的物理性质会发生变化，从而表现出环境响应性。

凝胶中的功能基团还能吸附金属离子，在还原剂的作用下，可以在凝胶中原位制备金属纳米粒子。凝胶的三维网状结构能有效的防止纳米粒子的团聚，从而保持其催化活性和选择性；此外还能防止纳米粒子的流失与产物污染，提高纳米粒子的重复使用性。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有催化性能的镍纳米复合凝胶及制备方法，其制备过程简单，且制备产物易于回收再利用，有效防止了镍纳米粒子对反应产物及环境的污染。解决了现有纳米粒子在应用过程中易于团聚、易流失和不易回收等问题。

本发明所提供的一种具有催化性能的镍纳米复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)温敏水凝胶的制备：25℃下，将NIPAAm加入到蒸馏水中，搅拌至完全溶解后，加入NaAMPS水溶液；将上述制备的溶液置于冰水浴中，在N₂保护下，加入1mol％的交联剂、1mo1％的引发剂，搅拌混合均匀后向其中加入促进剂50μL，最后将溶液倒入厚度为2mm的玻璃模具中，进行原位自由基聚合反应，控制反应温度在25-30℃，反应24h；

(2)温敏水凝胶对镍离子的吸附：将上述制备的温敏水凝胶放入50mL的Ni(NO₃)₂水溶液中，20℃下摇床震荡24h，然后将吸附Ni²⁺的水凝胶放水中浸泡24h，且每隔3h换一次水；

(3)镍纳米粒子在温敏水凝胶中的制备：将(2)中制得的水凝胶放入30mL的NaBH₄水溶液中，25℃下反应完全，即得镍纳米复合水凝胶；

所述的NIPAAm为N-异丙基丙烯酰胺；所述的NaAMPS为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠；所述的交联剂为N，N’-亚甲基双丙烯酰胺；所述的引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾；

所述的促进剂为N，N，N’，N’-四甲基乙二胺；所述的Ni(NO₃)₂为硝酸镍；

所述的NaBH₄为硼氢化钠。

在其中一个实施例中，所述步骤(1)中的NIPAAm的浓度为1mol/L。

在其中一个实施例中，所述步骤(1)中的NIPAAm与NaAMPS的摩尔比为24～50∶1。

在其中一个实施例中，所述步骤(2)中的水凝胶的质量为153mg。

在其中一个实施例中，所述步骤(2)中的Ni²⁺的浓度为1～10mmol/L。

在其中一个实施例中，所述步骤(3)中的NaBH₄的浓度为20～50mmol/L。

在其中一个实施例中，所述步骤(3)中的还原时间为30min。

本发明还涉及一种具有催化性能的镍纳米复合水凝胶，采用上述任意一项具有催化性能的镍纳米复合水凝胶制备方法制备得到。

本发明还涉及一种具有催化性能的镍纳米复合水凝胶在对硝基苯酚还原中的应用，采用的纳米复合水凝胶为上述具有催化性能的镍纳米复合水凝胶。

有益效果