[发明专利]一种介孔印迹碳纳米球的制备方法

摘要

本发明涉及一种介孔印迹碳纳米球的制备方法，是以葡萄糖为碳源、二氧化硅为介孔模板，经水热合成制备介孔碳纳米球，经硅烷化修饰改性、表面接枝、交联反应、洗涤除去二苯并噻吩，制成介孔印迹碳纳米球，此制备方法工艺先进合理，数据翔实精确，产物形貌好，为黑色圆形颗粒，颗粒直径≤250nm，产物纯度达98%，介孔形貌良好，孔径分布集中于3-5nm，印迹效果明显，对二苯并噻吩的吸附在20min时达到平衡，饱和吸附量为134.08mg/g，是十分理想的介孔印迹碳纳米球的制备方法。

主权项

一种介孔印迹碳纳米球的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：葡萄糖、二氧化硅、二苯并噻吩、二甲基丙烯酸乙二醇酯、α‑甲基丙烯酸、氯仿、无水乙醇、无水甲醇、冰乙酸、p‑(氯甲基)苯基三甲氧基硅烷、二乙基二硫代氨基甲酸钠、硫酸、硝酸、甲苯、去离子水、氮气，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米³为计量单位制备方法如下：(1)制备介孔碳纳米球①配制葡萄糖水溶液，称取葡萄糖3.168g±0.001g，量取去离子水40mL±0.001mL，加入烧杯中，搅拌5min，成0.4mol/L的葡萄糖水溶液；②取葡萄糖水溶液40mL±0.01mL、二氧化硅0.2g±0.01g置于聚四氟乙烯容器中，将容器置于超声分散仪内进行分散溶解，成乳白色澄清混合液；③将盛有混合液的聚四氟乙烯容器放入反应釜内，并密闭，然后放入加热炉中进行加热，加热温度180℃±2℃，加热时间1440min；混合液在反应釜中进行水热合成反应，反应式如下:式中：C‑OH：表面具有氢氧官能团的碳纳米球④停止加热，反应釜内溶液随炉冷却至25℃，得棕色絮状溶液；⑤离心分离，将棕色絮状溶液置于离心管内进行分离，得絮状物；⑥洗涤、抽滤，将絮状物加入烧杯中，加入去离子水100mL，搅拌洗涤，然后用微孔滤膜进行抽滤，留存滤饼；⑦真空干燥，将滤饼置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥温度55℃，真空度10Pa，干燥时间1440min，得棕色粉末；⑧将干燥后的棕色粉末置于烧结炉内，进行烧结碳化，烧结温度800℃±2℃，并输入氮气保护，氮气输入速度100cm³/min，烧结时间120min，烧结后成黑色碳纳米球；⑨将黑色碳纳米球放置于烧杯中，加入氢氟酸40mL±0.001mL，浸泡20min，除去二氧化硅；然后用去离子水1000mL搅拌洗涤，抽滤后得滤饼；⑩真空干燥，将滤饼置于真空干燥箱中干燥，干燥温度55℃，真空度10Pa，干燥时间1440min，干燥后得介孔碳纳米球；(2)硅烷化修饰改性介孔碳纳米球硅烷化修饰改性介孔碳纳米球是在三口烧瓶、电加热器上进行的，是在加热、水循环冷凝、磁力搅拌下完成的；①称取介孔碳纳米球0.3g±0.001g，加入三口烧瓶中；将无水乙醇45mL±0.01mL、去离子水15mL±0.001mL、γ‑(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷1mL±0.001mL加入三口烧瓶中；放置搅拌磁子；②然后滴加冰乙酸1.3mL±0.001mL，滴加速度0.1mL/min，调节pH≈5，呈碱性；③开启电加热器，温度升至65℃±2℃，搅拌磁子搅拌；④加热搅拌120min，进行修饰改性反应；反应式如下：式中：C‑C₉H₁₇O₅Si：硅烷化介孔碳纳米球；CH₃OH：无水甲醇⑤修饰、改性反应后，关闭电加热器，停止加热搅拌，使其随瓶冷却至25℃，得修饰改性溶液；⑥将修饰改性溶液置于离心管中进行离心分离，转速8000r/min，离心分离10min，离心分离后得硅烷化介孔碳纳米球；⑦洗涤、分离，将硅烷化介孔碳纳米球置于烧杯中，加入无水乙醇100mL，搅拌洗涤，然后进行离心分离，留存沉淀物；无水乙醇洗涤、离心分离重复进行三次；⑧将沉淀物进行真空干燥，干燥温度55℃，真空度10Pa，干燥时间720min，干燥后得硅烷化介孔碳纳米球；(3)硅烷化介孔碳纳米球表面接枝α‑甲基丙烯酸硅烷化介孔碳纳米球表面接枝α‑甲基丙烯酸是在三口烧瓶中进行的，是在加热、超声分散过程中完成的；①称取硅烷化介孔碳纳米球0.2g±0.001g，置于三口烧瓶中，加入去离子水15mL±0.001mL、α‑甲基丙烯酸1mL±0.001mL、过硫酸铵0.132g±0.001g；然后将三口烧瓶置于超声分散仪内进行超声分散，超声波频率40kHz，分散时间20min；在超声分散过程中输入氮气，氮气输入速度10cm³/min；②开启超声分散仪加热器，加热温度70℃±2℃，并进行水循环冷凝，反应时间1440min，反应式如下：式中：C‑C₁₃H₂₃O₇Si：接枝聚甲基丙烯酸的介孔碳纳米球③冷却后，将产物转移至离心管中，进行离心分离，离心分离后留存固体产物；④洗涤、分离，用无水乙醇进行洗涤，然后进行离心分离，除去表面聚合物杂质，洗涤分离重复进行三次；⑤真空干燥，将洗涤分离后的接枝聚甲基丙烯酸的介孔碳纳米球进行真空干燥，干燥温度55℃，真空度10Pa，干燥时间720min，得表面接枝甲基丙烯酸的介孔碳纳米球；(4)制备介孔印迹碳纳米球制备介孔印迹碳纳米球是在三口烧瓶、电加热器上进行的，是在加热、水循环冷凝、磁力搅拌下完成的；①将二苯并噻吩0.111g±0.001g、氯仿10mL±0.001mL加入三口烧瓶内，搅拌使其溶解；②将三口烧瓶置于电加热器上，加入接枝甲基丙烯酸的介孔碳纳米球0.1g±0.001g，搅拌30min，使二苯并噻吩与甲基丙烯酸充分作用；③加入交联剂二甲基丙烯酸乙二醇酯3mL±0.001mL，开始加热，加热温度50℃±2℃，水循环冷凝反应600min，反应式如下：式中：C‑C₃₅H₄₅SO₁₁Si：含二苯并噻吩的介孔印迹碳纳米球④反应后，用无水乙醇90mL、乙酸10mL的混合溶液洗涤，然后进行离心分离，洗涤、离心分离重复进行三次，以洗脱聚合物表面的二苯并噻吩；⑤离心分离后，倒掉上清液，留有沉淀物质，即介孔印迹碳纳米球；⑥将介孔印迹碳纳米球置于真空干燥箱中干燥，干燥温度55℃，真空度10Pa，干燥时间720min；⑦将干燥后的介孔印迹碳纳米球置于烧杯中，加入正己烷200mL，搅拌洗涤5min；洗涤除去二苯并噻吩分子，得介孔印迹碳纳米球黑色固体；⑧将黑色固体置于真空干燥箱中干燥，干燥温度55℃，真空度10Pa，干燥时间720min；干燥后得终产物：介孔印迹碳纳米球；(5)检测、分析、表征对制备的介孔印迹碳纳米球的色泽、形貌、结构、化学物理性能进行检测、分析、表征；用场发射扫描电子显微镜进行形貌分析；用透射电子显微镜对其内部结构、表面形貌分析；用BET分析仪进行比表面积和孔径分析；用傅里叶红外光谱分析仪对其表面官能团分析；用热重分析仪进行热稳定性分析；用气相色谱仪进行吸附测量；结论：介孔印迹碳纳米球为黑色粉体颗粒，颗粒直径≤250nm，产物纯度98％，产物介孔形貌良好，孔径分布集中于3‑5nm，印迹效果明显，对二苯并噻吩的吸附在20min时达到平衡，饱和吸附量为134.08mg/g；(6)产物储存对制备的介孔印迹碳纳米球储存于棕色透明的玻璃容器中，密闭避光储存，置于干燥、洁净环境，要防晒、防潮、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃，相对湿度≤10％。