[发明专利]一种具有催化功能的金属负载多孔聚合物泡沫及其制备方法和应用

说明书

本发明属于功能高分子材料领域，具体涉及一种利用高内相Pickering乳液模板法制备具有催化性能的金属负载多孔聚合物泡沫的方法。本发明首先以W/O型Pickering乳液为模板，以油溶性单体、交联剂、引发剂为油相，加入疏水性纳米粒子，随后加入去离子水形成高内相Pickering乳液；其次将得到的Pickering乳液在一定条件下引发聚合，即得到多孔聚合物泡沫；再次将多孔聚合物泡沫浸没在浓硫酸溶液中磺化，赋予其一定的活性位点，即得到磺化的多孔聚合物泡沫；最后磺化的多孔聚合物泡沫通过金属无电沉积，制备得到多孔、结构稳定的金属化多孔聚合物泡沫。本发明能够简单、大量制备具有大比表面积、高孔隙率的金属化多孔聚合物泡沫。由于沉积金属特有的物理、化学及生物特性，金属泡沫在物质传输、吸附分离、催化降解等领域有着广泛的应用价值。

技术领域

本发明属于功能高分子材料领域，具体涉及一种利用超高内相Pickering乳液模板法制备具有催化功能的金属负载多孔聚合物泡沫的方法和应用。

背景技术

多孔材料由于其独特的物理性能如密度低、比表面积大、孔隙率高等使得这类材料在物质传输、吸附分离、催化剂载体等领域有着广泛的应用价值。由高内相乳液（分散相体积分数超过74.05%）模板法制备得到的多孔聚合物泡沫具有上述多孔材料的性能。此外，多孔聚合物泡沫由于其工艺简单、成本低、耐腐蚀等优点引起了科研工作者极大的兴趣。因此，对高内相乳液的研究及以此为模板制备多孔材料具有很好的理论意义和应用价值。

具有物理、化学和生物特性的金属材料在电化学能量转换与存储、催化降解等领域得到了广泛关注和潜在的应用。然而，纳米尺度的金属材料具有价格昂贵、易发生不可逆聚集、难以回收再利用等缺点，严重影响其在这些领域中的应用。为了解决这些问题，将金属固定在不同基底（如石墨烯片材、二氧化硅微球、水凝胶等）上，可以显著提高金属材料的稳定性，进一步提升其各项性能。然而，这些材料的合成过程往往困难繁琐，这也限制了其大规模应用。

具有低密度、大比表面积、高孔隙率以及制备工艺简单的多孔聚合物泡沫是固定金属的基底材料的一个很好的选择。常见的固定金属的方法有PVD、电镀沉积、ELD等方法。ELD技术由于其工艺条件温和、简单、成本低廉等优势，是聚合物材料沉积金属的理想选择。此外，ELD技术可以显著提高金属层与基底之间的附着力，使金属层稳定沉积在聚合物基底上。因此，如何利用简单、温和、环保的方法制备稳定、高效的金属化多孔聚合物泡沫仍是一个重大的挑战。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种具有催化功能的金属负载多孔聚合物泡沫的制备方法。所得金属负载多孔聚合物泡沫的内部具有多级孔洞结构，且孔洞之间相互连通，提供了大量的通道及超高的比表面积，从而赋予金属材料很好的溶液接触性和较高的污染物吸附能力。本发明在制备过程中无需使用大量的表面活性剂和致孔剂，无毒且工艺简单，可以在催化领域得到很好的应用。

为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：

一种金属负载多孔聚合物泡沫的制备方法，包括如下步骤：

（1）将油溶性单体苯乙烯（St）和交联剂二乙烯基苯（DVB）组成混合液，将疏水性纳米二氧化硅粒子（H30）和表面活性剂加入到所述混合液中，冰水浴超声分散，随后将油溶性引发剂溶解到所述混合液中，配成油相；将水缓慢加入到所得油相中，制备油包水（W/O）型高内相Pickering乳液；

所述油溶性单体苯乙烯（St）和交联剂二乙烯基苯（DVB）的体积比优选1：0.8-1.2；所述疏水性纳米二氧化硅粒子用量为所述混合液重量的0.8-1.2%；所述表面活性剂优选Span80，用量为所述混合液体积的10%；所述油溶性引发剂优选偶氮二异丁腈（AIBN）或过氧化苯甲酰（BPO），用量为所述混合液重量的0.8-1.2%；步骤1将水加入到油相中时分多次加入，每次加入量不超过油相的体积，使所述油包水型高内相Pickering乳液中的水油比为10-49:1。