一种快速高效功能化改性介孔材料的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及功能材料领域，更具体的设及一种快速高效功能化改性介孔材料的方 法。
【背景技术】
[0002] 介孔材料因其具有极高的比表面积、规则有序的孔道结构、窄的孔径分布、孔径大 小连续可调等优点，使得它在吸附、分离及催化等领域应用中发挥出巨大优势，为了进一步 提高其应用性能及拓宽其应用领域，对其进行良好的功能化改性是一种必要措施。为此，探 寻快速高效且工艺简单的介孔材料功能化改性方法显得尤为重要。
[0003] 目前，就介孔材料的功能化改性方法而言，存在一步法和后嫁接两种方法。前者是 在合成介孔材料体系中就加入改性剂，改性与合成一步完成，该方法能获得较高的功能团 嫁接率，但获得的介孔材料存在孔道结构有序度低及形貌杂乱等。后嫁接法是先合成介孔 材料，再对其进行改性处理，也称两步法，该法虽能获得较高有序度的孔道结构及均一形 貌，但存在嫁接率低的问题。可见两种方法均有一定的不足。后嫁接法可W获得较有序的孔 道结构和形貌，但难W获得较高的嫁接率，原因在于回流法中反应在敞开体系中进行，化学 反应速率慢及合成率低，因此，回流法存在合成溫度高、技术复杂、耗时长及嫁接率低等缺 点，此外，回流法功能化改性常常需要比较复杂的回流装置，其安全性也相对较低。
【发明内容】
[0004] 本发明实施例提供一种快速高效功能化改性介孔材料，用W解决现有技术中介孔 材料功能化改性溫度高、技术复杂、耗时长W及获得的改性材料孔道结构有序度低、形貌杂 乱和嫁接率低等问题。
[0005] 本发明实施例提供一种快速高效功能化改性介孔材料，包括W下步骤：
[0006] (1)将介孔二氧化娃材料放置于容器中，向容器中加入溶剂甲苯，甲苯为无水甲 苯，揽拌l〇-15min，然后加入含氨基改性剂，揽拌10-15min，形成混合原料，所述介孔二氧化 娃、含氨基改性剂和溶剂的质量比为Ig :0.8-1.2g:150-200g;
[0007] (2)将上述混合原料装入水热反应蓋中；
[000引（3)将水热反应蓋放入烘箱中，在100-140°C下保溫2-化；
[0009] (4)将水热反应蓋中的混合物取出，对混合物进行过滤、洗涂和烘干，得到改性后 材料；
[0010] (5)对改性后材料的结构、形貌及嫁接率进行表征。
[0011] 优选地，含氨基改性剂为3-氨丙基Ξ乙氧基硅烷(APTES)或3-氨基丙基-Ξ甲氧基 硅烷(APTMS)。
[0012] 优选的，步骤(4)中洗涂过程，采用无水甲苯对反应后的混合物进行洗涂，洗涂3-5 次。
[0013] 优选的，步骤(4)中烘干溫度为80-100°C，烘干时间为6-12h。
[0014] 本发明实施例中，采用水热法对介孔材料进行改性，方法简单，操作方便，可通过 在较低的合成溫度及较短的改性时间下，获得功能团嫁接率高W及孔道结构有序度高的改 性材料，改性后的材料可作为一种载体材料广泛应用于吸附、分离、催化及载药等领域中， 因其高的氨基含量和高的孔道结构有序度等特点，可大大提高其应用性能，水热法介孔材 料改性高效节能，安全无害，在较短的反应时间及较低的溫度下，嫁接率可高达98%。
【附图说明】
[0015] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可W 根据运些附图获得其他的附图。
[0016] 图1为本发明实施例提供的介孔二氧化娃材料改性前后扫描电镜和透射电镜图；
[0017] 图2为本发明实施例提供的介孔二氧化娃材料改性前后X射线衍射图；
[0018] 图3为本发明实施例提供的介孔二氧化娃材料改性前后红外光谱图；
[0019] 图4为本发明实施例提供的介孔二氧化娃材料改性前后BET等溫线和孔径分布图；
[0020] 图5为本发明实施例提供的介孔二氧化娃材料改性前后的吸附性能曲线。
【具体实施方式】
[0021] 实施例1
[0022] 本发明实施例1提供一种氨基改性纤维状介孔SBA-15二氧化娃材料的方法，包括 W下步骤：
[0023] (1)将介孔SBA-15二氧化娃材料放置于容器中，向容器中加入溶剂无水甲苯，揽拌 lOmin，然后加入改性剂3-氨丙基Ξ乙氧基硅烷(APTES)，揽拌lOmin，形成混合原料，介孔 SBA-15二氧化娃材料、改性剂和溶剂的质量比为1 g: 0.8-1.2g: 150g;
[0024] (2)将上述混合后的原料装入水热反应蓋中；
[0025] (3)将水热反应蓋放入烘箱中，在100°C下保溫化；
[0026] (4)将水热反应蓋中的混合物取出，对混合物进行过滤，使用无水甲苯对反应后的 混合物洗涂3次，在80°C溫度下烘干化，得到氨基功能化介孔SBA-15材料；
[0027] (5)对改性后材料的结构、形貌和嫁接率进行表征。
[002引表征结果如表1所示。
[0029] 表1纤维状介孔SBA-15二氧化娃材料改性后物理化学性质
[0030]
[0031] 实施例2
[0032] 本发明实施例2提供一种氨基改性纳米二氧化娃的方法，包括W下步骤：
[0033] (1)将纳米二氧化娃放置于容器中，向容器中加入溶剂无水甲苯，揽拌12min，然后 加入改性剂3-氨丙基Ξ乙氧基硅烷(APTES)，揽拌12min，形成混合原料，所述纳米二氧化 娃、改性剂和溶剂的质量比为1 g: 0.8-1.2g: 170g;
[0034] (2)将上述混合后的原料装入水热反应蓋中；
[0035] (3)将水热反应蓋放入烘箱中，在11(TC下保溫化；
[0036] (4)将水热反应蓋中的混合物取出，对混合物进行过滤，使用无水甲苯对反应后的 混合物洗涂4次，在90°C溫度下烘干化，得到氨基功能化纳米二氧化娃；
[0037] (5)对改性后材料的结构、形貌和嫁接率进行表征。
[0038] 表征结果如表2所示。
[0039] 表2纳米二氧化娃材料改性后物理化学性质
[0040]
[0041 ] 实施例3
[0042] 本发明实施例3提供一种氨基改性棒状介孔SBA-15二氧化娃材料的方法，包括W 下步骤：
[0043] (1)将棒状介孔SBA-15二氧化娃材料放置于容器中，向容器中加入溶剂无水甲苯， 揽拌14min，然后加入改性剂3-氨丙基Ξ乙氧基硅烷(APTES)，揽拌14min，形成混合原料，棒 状介孔SBA-15二氧化娃材料、改性剂和溶剂的质量比为lg:0.8-1.2g:190g;
[0044] (2)将上述混合后的原料装入水热反应蓋中；
[0045] (3)将水热反应蓋放入烘箱中，在120°C下保溫4h;
[0046] (4)将水热反应蓋中的混合物取出，对混合物进行过滤，使用无水甲苯对反应后的 混合物洗涂5次，在100°C溫度下烘干lOh，得到氨基功能化介孔SBA-15二氧化娃材料；
[0047] (5)对改性后材料的结构、形貌和嫁接率进行表征。
[004引表征结果如表3所示。
[0049] 表3棒状介孔SBA-15二氧化娃材料改性后物理化学性质
[(Κ)加 ]
[0化1 ] 实施例4
[0052] 本发明实施例3提供一种氨基改性介孔SBA-15材料的方法，包括W下步骤：
[0053] (1)将介孔SBA-15材料放置于容器中，向容器中加入溶剂无水甲苯，揽拌15min，然 后加入改性剂3-氨基丙基-Ξ甲氧基硅烷(APTMS)，揽拌15min，形成混合原料，介孔SBA-15 材料、改性剂和溶剂的质量比为Ig: 0.8-1.2g: 200g;
[0054] (2)将上述混合后的原料装入水热反应蓋中；
[0055] (3)将水热反应蓋放入烘箱中，在140°C下保溫化；
[0056] (4)将水热反应蓋中的混合物取出，对混合物进行过滤，使用无水甲苯洗涂3次，在 90°C溫度下烘干12h，得到氨基功能化介孔SBA-15材料；
[0057] (5)对改性后材料的结构、形貌和嫁接率进行表征。
[0化引表征结果如表4所示。
[0059] 表4介孔SBA-15二氧化娃材料改性后物理化学性质
[0060]
[0061] 图1中（a)、（b)为介孔材料改性前的扫描电镜图和透射电镜图，（c)、（d)为介孔材 料氨基改性后的扫描电镜图和透射电镜图，通过对比可看出，采用本发明中方法获得的氨 基改性后的介孔材料形貌及孔道结构的有序度均有明显的提高；图2中可看出本发明提供 的方法获得的氨基改性后的介孔材料保持了良好的孔道结构有序度；图3中可明显看出氨 基功能团已经成功的嫁接到了介孔二氧化娃材料上；图4中看出氨基改性后的介孔材料具 有孔径分布均一的特点；图5是利用本发明提供的方法获得的氨基改性介孔材料对葡萄糖 氧化酶的吸附作用，可看出氨基改性后介孔材料具有快的吸附速率及大的吸附量。
[0062] 上述表1-4可看出本发明提供的氨基改性介孔材料其氨基嫁接率最高可达98%， 可看出，本发明提供的方法可在较低溫度及较短时间条件下，获得较高嫁接率的改性介孔 材料。
[0063] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造 性概念，则可对运些实施例作出另外的变更和修改。所W，所附权利要求意欲解释为包括优 选实施例W及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0064] 显然，本领域的技术人员可W对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 神和范围。运样，倘若本发明的运些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围 之内，则本发明也意图包含运些改动和变型在内。
【主权项】
1. 一种快速高效功能化改性介孔材料的方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 将介孔二氧化硅材料放置于容器中，向容器中加入溶剂甲苯，所述甲苯为无水甲 苯，搅拌10-15min，然后加入含氨基改性剂，搅拌10-15min，形成混合原料，所述介孔二氧化 硅、含氨基改性剂和溶剂的质量比为lg :0.8-1.2g:150-200g; (2) 将上述混合原料装入水热反应釜中； (3) 将水热反应釜放入烘箱中，在100-140°C下保温2-6h; (4) 将水热反应釜中的混合物取出，对混合物进行过滤、洗涤和烘干，得到改性后材料； (5) 对改性后材料的结构、形貌及嫁接率进行表征。2. 根据权利要求1所述的一种快速高效功能化改性介孔材料的方法，其特征在于，所述 含氨基改性剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)或3-氨基丙基-三甲氧基硅烷(APTMS)。3. 根据权利要求1所述的一种快速高效功能化改性介孔材料的方法，其特征在于，所述 步骤(4)中洗涤过程，采用无水甲苯对反应后的混合物进行洗涤，洗涤3-5次。4. 根据权利要求1所述的一种快速高效功能化改性介孔材料的方法，其特征在于，所述 步骤(4)中烘干温度为80-100 °C，烘干时间为6-12h。
【专利摘要】本发明公开了一种快速高效功能化改性介孔材料的方法，涉及功能材料领域，用以解决现有技术中介孔材料功能化改性温度高、技术复杂、耗时长和嫁接率低的问题。该方法包括：将介孔二氧化硅、改性剂和溶剂按照质量比为1g∶0.8?1.2g∶150?200g混合搅拌；将混合后的原料装入水热反应釜中；将水热反应釜放入烘箱中，在100?140℃下保温2?6h；对水热反应釜中混合物进行过滤、洗涤和烘干，得到改性后材料；对改性后材料的形貌、结构和嫁接率进行表征。本发明采用水热法对介孔材料进行改性，方法简单，操作方便，可通过在较低的合成温度及较短的改性时间下，获得功能团嫁接率高以及孔道结构有序度高的改性材料。
【IPC分类】C01B33/12
【公开号】CN105712356
【申请号】CN201610039055
【发明人】丁艺, 旦辉, 卢喜瑞, 匙芳廷, 舒小艳, 袁世斌, 毛雪丽
【申请人】西南科技大学