[发明专利]一种氨基功能化空心多级介孔二氧化硅微球及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氨基功能化空心多级介孔二氧化硅微球及其制备方法，该二氧化硅微球以阴离子聚电解质和阳离子表面活性剂形成的复合物介晶为模板剂，利用无机硅源与氨基硅源的共水解，经动态组装、并去除有机模板后制得。本发明提供的空心二氧化硅微球的骨架中均匀修饰了氨基官能基团，而且在其二氧化硅壳层中稳定存在多级介孔结构，比表面积大，有利于物质在其内部的传输，在催化和吸附分离等领域具有良好的工业应用前景；制备工艺步骤简单，反应条件温和，易于推广。

技术领域

本发明涉及无机材料科学领域，更具体地，涉及一种氨基功能化空心多级介孔二氧化硅微球及其制备方法。

背景技术

具有空心结构的无机介孔材料由于其具有低密度、高比表面积、负载能力优异等特点，引起了研究者的广泛关注。在众多的空心材料中，空心介孔二氧化硅微球因为具有高比表面积、丰富的介孔孔道、良好的机械和热稳定性、无毒、高生物相容性等优点，在药物传递、吸附分离、能源储存以及催化领域有着广阔的应用前景。

目前，空心介孔二氧化硅微球的制备方法主要为双模板法，利用表面活性剂/聚合物微球、表面活性剂/乳液或表面活性剂/碳球等作为模板，通过正硅酸乙酯在碱性条件下的水解和表面活性剂形成的胶束共同作用，在模板表面交联固化形成一层二氧化硅壳层，再经高温热处理将模板除去，得到空心介孔二氧化硅微球。虽然通过上述合成方法可以制备出空心介孔二氧化硅微球，但制备过程复杂，后处理比较繁琐且能耗大，成本较高，且制备出的单一孔道的空心介孔二氧化硅微球其介孔尺寸较小且缺少功能性基团，其孔道在催化以及吸附分离过程中易被堵塞，尤其是对于一些大分子物质如DNA、生物酶等负载能力有限，大大限制了其应用范围。

近年来，具有多级孔结构的无机材料由于其具有不同等级尺度的孔道结构、大的比表面积和孔体积等优点，在吸附分离以及催化领域特别是在大分子进入和物质的扩散传质中较单一孔径分布的介孔材料具有着无可比拟的优势。然而，目前多级介孔空心二氧化硅微球的合成仍是一个难点，因此，亟需开发出有效的合成方法以实现功能化的多级介孔空心二氧化硅微球的便捷制备。

发明内容

针对现有技术中空心介孔二氧化硅微球及其制备技术的不足，本发明的目的在于提供一种氨基功能化空心多级介孔二氧化硅微球，该空心二氧化硅微球上均匀修饰了氨基官能基团，结构稳定，在空心二氧化硅微球壳层中具有有序介孔和二级纳米孔两种介孔结构，比表面积大，在吸附分离以及催化等领域具有广阔应用前景。

本发明的另一目的在于提供所述氨基功能化空心多级介孔二氧化硅微球的制备方法，以阴离子聚电解质和阳离子表面活性剂在碱性条件下形成的复合物为动态模板，利用正硅酸乙酯与氨基硅源的共水解聚合，实现了一步合成氨基功能化空心多级介孔二氧化硅微球。本发明中氨基硅源的加入起到两个方面的作用。一方面，将氨基基团引入到硅材料的骨架中实现氨基功能化；另一方面，破坏原有体系的电荷平衡，促进硅物种的协同组装构建空心结构。本发明科学合理设计配方，工艺步骤简单，制备的氨基功能化空心多级介孔二氧化硅微球尺寸均一，稳定性好，具有良好的工业前景。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种氨基功能化空心多级介孔二氧化硅微球，包括二氧化硅壳层和空腔；二氧化硅壳层中具有多级介孔结构，二氧化硅壳层上均匀修饰了氨基官能基团。

进一步地，二氧化硅微球平均直径为600~800nm，二氧化硅壳层中的多级介孔结构包括有序介孔和二级纳米孔；所述有序介孔平均直径为2.8~3.0nm，所述二级纳米孔分布在有序介孔之间，平均直径为42~55nm。

进一步地，二氧化硅微球比表面积为339.4~497m²/g，总孔容为0.75~0.91cm³/g。

本发明通过有序介孔和二级纳米孔两种介孔增大了二氧化硅微球的比表面积和总孔容，其中球形介孔有序排列结构，二级纳米孔穿插在有序的球形介孔之间。