[发明专利]一种树状分子功能化介孔材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于快速高效去除水中非甾体抗炎药的树状分子功能化介孔材料及其制备方法，属于水净化功能材料领域。首先通过对共缩聚合成的大孔径介孔硅的氨基化，得到氨基功能化介孔硅，再采用发散法以介孔硅上的氨基为核，与间苯二酚二缩水甘油醚和甲胺交替进行多次重复的亲核开环反应，得到以环氧基为端基的半代树状分子Gn‑0.5，将Gn‑0.5进一步与小分子叔胺进行封端反应，制得以季铵阳离子为端基的整代树状分子Gn。本发明制备的树状分子功能化介孔材料不仅具有有序介孔材料高比表面积、快速传质及树状分子高密度功能团的优点，还兼具苯基的疏水作用和季铵基的强阴离子交换功能，吸附速率快、吸附容量高且对有机阴离子选择性强，适用于水中非甾体抗炎药等阴离子型药物的快速高效去除。

技术领域

本发明涉及水净化功能材料领域，具体涉及一种用于快速高效去除水中非甾体抗炎药的树状分子功能化介孔材料及其制备方法和应用。

背景技术

非甾体抗炎药物(NSAIDs)是临床上常用的一类解热镇痛抗炎药，我国NSAIDs的使用量逐年增加，其用量之大已接近于抗生素，常见有布洛芬、双氯芬酸和萘普生等。近年来，NSAIDs类污染物已在全世界范围内的污水、地表水、地下水以及饮用水中检出，并被证明对生态环境和人类健康具有一定的危害，2012年欧盟委员会将双氯芬酸列为新增12种水环境优先污染物之一。

活性炭吸附是当前最常用的去除水中有机污染物的方法，但是活性炭存在对有机物的吸附不具备选择性、对水中极性物质的吸附能力较差的缺陷。由于水环境基质复杂，NSAIDs药物含量较低，且具有强极性、阴离子化特点(pKa值为4-5)，活性炭吸附难以有效去除水中的NSAIDs残留。国外已有报道聚苯乙烯系季铵型强阴离子交换树脂用于水中NSAIDs的去除，去除原理是基于两者之间强静电作用(树脂上季铵阳离子N⁺与NSAIDs的羧基阴离子-COO^-)和疏水作用(树脂上苯环与NSAIDs的苯环)的有效结合。然而，目前国外使用的这些商品化树脂价格昂贵、重复使用率低，难以大规模应用，且吸附容量仍有待提高。因此，开发类似吸附功能的吸附材料并将其用于水中NSAIDs的去除具有重要的意义。

介孔硅材料具有较高的比表面积、孔体积及有序的孔道结构，这些特性使其具备优越的吸附容量和传质速度。树状大分子是一类具有树枝状支化结构、含大量端基和分子内部官能团的三维立体高分子，由于其捕获环境污染物的特殊能力，也被人们称为“完美的吞食污染物的大分子”。结合两者的优势，树状分子功能化介孔材料具有非常高的活性位点密度、高负载容量、强结合稳定性和快速绑定性，将在水污染物去除中发挥无可比拟的优势。目前，具有强阴离子交换功能的树状分子功能化介孔材料及其在水中非甾体抗炎药去除中的应用的相关研究还未见报道。

发明内容

鉴于此，本发明目的在于提供一种对水中非甾体抗炎药具有快速高效去除能力的树状分子功能化介孔材料及其制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种树状分子功能化介孔材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷(P123)和浓盐酸依次溶于去离子水中，搅拌均匀后得到P123酸性溶液；再逐滴加入正硅酸乙酯，在30-40℃下搅拌反应10-14h，得到硅溶胶前驱体；随后将其置于反应釜中，水热处理后得白色沉淀，过滤后用水反复洗涤；最后将产物在500-600℃下煅烧1-3h，制得大孔径介孔硅SBA-15；

(2)将大孔径SBA-15用盐酸活化后，分散在无水甲苯中，搅拌下加入氨基硅烷化试剂，在氮气保护下100-120℃加热反应18-24h后，过滤并使用有机溶剂洗涤，真空干燥得氨基化介孔硅，记作NH₂-SBA-15；