[发明专利]一种有机功能介孔氧化硅的合成方法

说明书

本发明涉及一种有机功能介孔氧化硅的合成方法。该方法以三乙氧基硅烷与三烷氧基有机硅烷偶联剂作为硅源，以聚环氧乙烷‑聚环氧丙烷‑聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)作为表面活性剂，在酸性条件下通过共聚法一步将有机功能基团耦合到有序介孔氧化硅中，得到了功能化程度远远大于传统共聚法接枝率的有机功能化介孔氧化硅。在反应过程中，通过控制有机硅烷偶联剂与三乙氧基硅烷的加入量比例可调控介孔氧化硅的功能化程度及孔道的有序度。

技术领域

本发明涉及一种有机功能介孔氧化硅的合成方法，属于表面功能化的介孔材料合成领域。

背景技术

介孔氧化硅材料因其高的比表面积、比孔容及良好的水热稳定性，被广泛应用于药物控释、污染物吸附、工业催化及生物大分子的固定分离等领域，而介孔氧化硅材料的表面功能化是将其投入应用的重要前提之一。共聚法是一种常用的表面功能化方法，指将有机硅烷偶联剂与无机硅源在酸碱条件下通过结构引导因子共聚缩合一步合成将功能基团引入到介孔孔道中。相较于其他功能化方法，共聚法操作简便，反应条件温和且功能基团分布均匀，但其功能化程度低，作为功能基团来源的有机硅烷偶联剂占硅源总量的比例一般不超过25％，否则会造成孔道的坍塌，因此如何突破共聚法功能化这一局限成为了研究热点。

有序介孔氢化氧化硅(meso-HSiO_1.5)是一种以[HSi(OSi)₃]单元为骨架的新型介孔氧化硅材料，与传统的介孔氧化硅相比，这种四坐标三连接的开放式框架材料孔道结构的稳定性主要靠内部少量Si-OH…H-Si之间的氢键作用来维系，这为功能基团的引入提供了良好的前提条件。因此，一种利用meso-HSiO_1.5的结构优势与共聚法相结合的介孔氧化硅表面功能化方法应运而生。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种有机功能介孔氧化硅的合成方法，该方法利用有序介孔氢化氧化硅通过表面少量Si-OH…H-Si之间的氢键作用来维系孔道结构稳定的特点，共聚法一步将有机功能基团引入介孔氧化硅材料孔道表面，突破共聚法功能基团引入率只有25％的极限，并保持介孔氧化硅材料的孔道有序度不被破坏。

技术方案：本发明提供了一种有机功能介孔氧化硅的合成方法，该方法利用共聚法一步合成含有机功能基团介孔氧化硅，包括以下步骤：步骤1)胶束模板的形成：以聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物P123作为表面活性剂，将其溶于盐酸溶液中，加入氯化钠和正丁醇，室温下充分搅拌均匀形成淡蓝色透明溶液；

步骤2)功能化介孔氧化硅的形成：在步骤1)形成的淡蓝色透明溶液中，加入有机硅烷偶联剂与三乙氧基硅烷的混合溶液作为硅源，室温搅拌得到乳白色液体；

步骤3)对合成产物的后期处理：将步骤2)得到的乳白色液体离心，对离心所得的沉淀物洗涤去除表面活性剂P123，之后用盐酸反复进行离心清洗，最后将沉淀物置于真空干燥箱中真空干燥后，得到的有机功能介孔氧化硅。

其中：

步骤1)所述的盐酸溶液的浓度为0.01～4.0M，所述的聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物与氯化钠的质量比为1:(0.8～2)，所述盐酸溶液与正丁醇的体积比为(20～40)：(0.1～1)，所述的聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物与正丁醇的质量体积比为1:(0.1～1)。

所述的有机硅烷偶联剂是一类带有一个非水解有机官能团的三烷氧基硅烷；其中所述的非水解有机官能团为链烯基、或者末端带有Cl、SH、环氧、N₃、(甲基)丙烯酰氧基、异氰酸酯基官能团的烃基。

所述有机硅烷偶联剂与三乙氧基硅烷的混合溶液中有机硅烷偶联剂的含量为1-80vol％，且所述的有机功能介孔氧化硅的功能化百分比与有机硅烷偶联剂占混合溶液的体积百分比相同。

步骤2)所述的室温搅拌的时间为12～16小时。