《一种改性有序介孔有机硅材料及其制备方法和应用.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种改性有序介孔有机硅材料及其制备方法和应用.pdf（10页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201310426434.3(22)申请日 2013.09.18C08G 77/28(2006.01)C08G 77/06(2006.01)C08L 83/08(2006.01)B01J 20/26(2006.01)(71)申请人中国石油化工股份有限公司地址 100728 北京市朝阳区朝阳门北大街22号申请人中国石油化工股份有限公司北京化工研究院(72)发明人关敏 毕海鹏 邵明波 王足远卜少华 黄铃 杨力(74)专利代理机构北京润平知识产权代理有限公司 11283代理人李婉婉 张苗(54) 发明名称一种改性有序介孔有机硅材料及其制备方法和。
2、应用(57) 摘要本发明公开了一种有序介孔有机硅材料（PMO）的改性方法，由该方法制备的PMO，以及该PMO作为吸附材料的应用。该方法包括：先将有序介孔有机硅材料分散在有机溶剂中配制成悬浮液，再在水解缩合反应条件下，将双(三乙氧基硅基)-烷基多硫化物与所述悬浮液进行接触；所述双(三乙氧基硅基)-烷基多硫化物的通式为(C2H5O)3Si-R-Sx-R-Si(OC2H5)3，其中，R和R各自为C1-C10的亚烷基，x2；优选地，R和R各自为C1-C5的亚烷基，4x2；更优选地，R和R各自为亚丙基，x=4或2。根据本发明的所述方法制备的改性有序介孔有机硅材料对于水中重金属离子中的汞离子具有较优的吸附。
3、选择性能。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书7页 附图1页(10)申请公布号 CN 104448321 A(43)申请公布日 2015.03.25CN 104448321 A1/1页21.一种改性有序介孔有机硅材料的制备方法，该方法包括：先将有序介孔有机硅材料分散在有机溶剂中配制成悬浮液，再在水解缩合反应条件下，将双(三乙氧基硅基)-烷基多硫化物与所述悬浮液进行接触；所述双(三乙氧基硅基)-烷基多硫化物的通式为(C2H5O)3Si-R-Sx-R-Si(OC2H5)3，其中，R和R各自为C1-C10的亚烷基，x2；优选地，R和R各。
4、自为C1-C5的亚烷基，4x2；更优选地，R和R各自为亚丙基，x=4或2。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述水解缩合反应条件包括：反应温度为10-60，反应时间为5-50小时。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述水解缩合反应在酸性或碱性条件下进行，优选在pH值为1-2或8-12的条件下进行。4.根据权利要求1所述的方法，其中，相对于100重量份的所述有序介孔有机硅材料，所述有机溶剂的用量为1000-5000重量份，优选为1000-3000重量份。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述有序介孔有机硅材料与所述双(三乙氧基硅基)-烷基多硫化物的用量的质量比为1：1-10，优选为1：。
5、3-6。6.根据权利要求1或4所述的方法，其中，所述有机溶剂为甲醇、无水乙醇和正丙醇中的一种或多种。7.根据权利要求1、4和5中任意一项所述的方法，其中，所述有序介孔有机硅材料为乙烷桥链有序介孔有机硅材料、乙烯桥链有序介孔有机硅材料和苯桥链有序介孔有机硅材料中的至少一种。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括将所述水解缩合反应产物在40-200下真空干燥24-30小时。9.由权利要求1-8中任意一项所述的方法制备的改性有序介孔有机硅材料。10.权利要求9所述的改性有序介孔有机硅材料作为吸附材料的应用。权 利 要 求 书CN 104448321 A1/7页3一种改性有序介孔有机硅材料。
6、及其制备方法和应用技术领域0001 本发明涉及一种改性有序介孔有机硅材料的制备方法，由该方法制备的改性有序介孔有机硅材料，以及该改性有序介孔有机硅材料作为吸附材料的应用。背景技术0002 1992年，Mobil公司首次合成出具有有序孔道结构的M41S型介孔分子筛系列材料，自此以来，介孔材料一直以其有序的孔道结构、大的比表面积等结构特点深受科学家们的关注。随着介孔材料的发展，一种非常独特的介孔材料-有序介孔有机硅材料诞生了，短短几年内，多样性的孔壁结构又一次掀起了对介孔材料研究的热潮。从杂化材料方面说，有序介孔有机硅材料是一种非常有用的材料，它在分离、催化、吸附等领域都具有广泛的应用价值。000。
7、3 目前，不同的有序介孔有机硅材料的合成一般有以下两种方法：（1）由于有序介孔有机硅材料通常是通过不同的桥联倍半硅氧烷制得的，因此，可以改变前驱体来合成不同的有序介孔有机硅材料；（2）利用改性的方法使有序介孔有机硅材料具有新的功能。0004 其中，利用改性的方法制备的有序介孔有机硅材料不仅操作方法简单，而且可用的改性物质选择面广，易于拓宽材料的应用范围。0005 目前，以硅基介孔材料作为基质，巯基作为修饰基团所合成的材料有很多，但以多硫化物进行有机介孔有机硅材料的修饰的研究甚少。0006 因此，对以多硫化物进行有机介孔有机硅材料的修饰的研究还有待于进一步研究和探讨。发明内容0007 本发明的目。
8、的是为了提供实现用双(三乙氧基硅基)-烷基多硫化物对有序介孔有机硅材料（PMO）进行改性以提高PMO材料的应用价值的方法，以及由该方法制备的改性PMO材料和该改性PMO材料作为吸附材料的应用。0008 本发明提供一种改性有序介孔有机硅材料的制备方法，该方法包括：先将有序介孔有机硅材料分散在有机溶剂中配制成悬浮液，再在水解缩合反应条件下，将双(三乙氧基硅基)-烷基多硫化物与所述悬浮液进行接触；所述双(三乙氧基硅基)-烷基多硫化物的通式为(C2H5O)3Si-R-Sx-R-Si(OC2H5)3，其中，R和R各自为C1-C10的亚烷基，x2；优选地，R和R各自为C1-C5的亚烷基，4x2；更优选地，。
9、R和R各自为亚丙基，x=4或2。0009 本发明还提供了由上述方法制备的改性有序介孔有机硅材料。0010 本发明还提供了所述改性有序介孔有机硅材料作为吸附材料的应用。0011 根据本发明提供的所述改性有序介孔有机硅材料的制备方法，通过将有序介孔有机硅材料（PMO）分散在有机溶剂中配制成悬浮液，再在水解缩合反应条件下，使通式为(C2H5O)3Si-R-Sx-R-Si(OC2H5)3的双(三乙氧基硅基)-烷基多硫化物两端的乙氧基说 明 书CN 104448321 A2/7页4（-OC2H5）水解后与PMO材料的硅羟基（Si-OH）发生缩合反应，从而实现将双(三乙氧基硅基)-烷基多硫化物与PMO材料。
10、共价结合。本发明的发明人通过实验发现，如此制备的改性有序介孔有机硅材料不仅没有破坏有序介孔有机硅材料原有的有序介孔结构，而且还有多硫键存在。0012 在根据本发明提供的所述方法制备的改性PMO材料中，由于多硫键的存在，该改性PMO材料对于水中重金属离子中的汞离子的吸附性能明显改善，这种新型有序介孔有机硅材料在分离科学、环境科学领域都具有潜在的应用价值。0013 本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明0014 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：0015 图1为有序。
11、介孔有机硅材料（PMO）与本发明提供的所述改性有序介孔有机硅材料（PMO-GN-1）的红外光谱图（FTIR）；0016 图2为有序介孔有机硅材料（PMO）与本发明提供的所述改性有序介孔有机硅材料（PMO-GN-1）的X射线衍射图（XRD）。具体实施方式0017 以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。0018 本发明提供一种改性有序介孔有机硅材料的制备方法，该方法包括：先将有序介孔有机硅材料分散在有机溶剂中配制成悬浮液，再在水解缩合反应条件下，将双(三乙氧基硅基)-烷基多硫化物与所述悬浮液进行接触；所述双(三乙氧。
12、基硅基)-烷基多硫化物的通式为(C2H5O)3Si-R-Sx-R-Si(OC2H5)3，其中，R和R各自为C1-C10的亚烷基，x2；优选地，R和R各自为C1-C5的亚烷基，4x2；更优选地，R和R各自为亚丙基，x=4或2。具体地，所述双(三乙氧基硅基)-烷基多硫化物可以为双-3-(三乙氧基硅)丙基二硫化物、双-3-(三乙氧基硅)丙基三硫化物和双-3-(三乙氧基硅)丙基四硫化物中的至少一种，最优选为双-3-(三乙氧基硅)丙基四硫化物和/或双-3-(三乙氧基硅)丙基二硫化物。0019 本发明还提供了由上述方法制备的改性有序介孔有机硅材料。0020 本发明还提供了所述改性有序介孔有机硅材料作为吸附。
13、材料的应用。0021 根据本发明，所述有序介孔有机硅（PMO）材料可以为本领域常规使用的通过桥联倍半硅氧烷(RO)3SiRSi(OR)3自组装合成的材料，其中，R可以为C1-C10的烷基，例如，甲基、乙基等；R可以为亚烃基，例如可以为亚烷基（如亚乙基）、亚烯基（如亚乙烯基）或亚芳基（如亚苯基）。通常，当R为亚乙基时，所述PMO材料称为乙烷桥链PMO；当R为亚乙烯基时，所述PMO材料为乙烯桥链PMO；当R为亚苯基时，所述PMO材料为苯桥链PMO。术语“有序”是指PMO材料表现出规则的孔道排布，本发明中尤其是指孔结构为六方相排列结构的有序排布；术语“介孔”是指平均孔直径为2-50纳米之间的孔隙，也。
14、即介孔材料是指平均孔直径介于2-50纳米之间的材料。说 明 书CN 104448321 A3/7页50022 通常，所述PMO材料的平均孔径可以为2-50nm，孔容可以为大于0.2m3g-1，优选大于0.2cm3g-1且小于等于1cm3g-1；比表面积可以为大于200m2g-1，优选大于200m2g-1且小于等于1000m2g-1。0023 所述PMO材料可以商购得到，也可以制备得到。所述PMO材料的制备可以按照本领域常规的方法实施，例如，所述PMO材料的制备方法可以包括：将聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯（P123）溶解于氯化钾的水溶液中，接着依次加入盐酸溶液和所述桥联倍半硅氧烷（如1,2-双三。
15、甲氧基硅基乙烷，BTME），之后在10-60下搅拌混合1-30分钟并放置5-50小时，然后在高压釜中在80-120下反应5-50小时，反应结束后收集固体产物，并从固体产物中分离出PMO材料。0024 在上述制备PMO材料的方法中，P123的用量与所述桥联倍半硅氧烷的用量的重量比可以为100：80-200，优选为100：100-180，更优选为100：130-150。0025 在上述制备PMO材料的方法中，所使用的氯化钾水溶液的浓度可以为0.5-2mol/L。而且，相对于100重量份的P123，氯化钾水溶液的用量可以为100-600重量份，优选为200-400重量份。0026 在上述制备PMO材。
16、料的方法中，所使用的盐酸溶液的浓度可以为0.1-0.5mol/L。而且，相对于100重量份的P123，盐酸溶液的用量可以为1000-10000重量份，优选为2000-6000重量份。0027 在上述制备PMO材料的方法中，所述高压釜中的压力可以为相应温度的反应体系的自身压力。反应结束后收集PMO材料的具体方法可以包括：通过过滤从反应产物中收集固体产物，在室温下将该固体产物干燥，再用去离子水洗涤，然后用乙醇对洗涤后的固体产物进行索氏提取，从而得到PMO材料。0028 根据本发明提供的所述方法，先将有序介孔有机硅材料分散在有机溶剂中配制成悬浮液，然后再将双(三乙氧基硅基)-烷基多硫化物与所述悬浮液。
17、接触，该目的一是使所述有序介孔有机硅材料均匀分散在有机溶剂中，二是避免所述双(三乙氧基硅基)-烷基多硫化物自身先发生缩聚反应。所述有机溶剂可以为能够将所述有序介孔有机硅材料分散于其中的有机溶剂，且不与所述有序介孔有机硅材料发生反应的有机溶剂。所述有机溶剂可以为甲醇、无水乙醇、正丙醇中的至少一种，优选为无水乙醇。0029 根据本发明，将有序介孔有机硅材料分散在有机溶剂中配制成悬浮液的过程可以在室温下进行，优选在搅拌情况下进行，以使有序介孔有机硅材料更好地均匀分散在有机溶剂中。0030 根据本发明提供的所述方法，在水解缩合反应条件下，将双(三乙氧基硅基)-烷基多硫化物与所述悬浮液进行接触，目的是使。
18、所述双(三乙氧基硅基)-烷基多硫化物两端的乙氧基（-OC2H5）水解生成硅羟基（Si-OH），之后所述两端带有Si-OH的多硫化物能够与PMO材料的Si-OH发生缩合反应。所述水解缩合反应可以在酸性条件下进行，也可以在碱性条件下进行。当所述水解缩合反应在酸性条件下进行时，反应体系的pH值优选为1-2。用于将反应体系的pH值调节至酸性条件的试剂可以为盐酸、硫酸和磷酸中的至少一种。当所述水解缩合反应在碱性条件下进行时，反应体系的pH值优选为8-12。用于将反应体系的pH值调节至碱性条件的试剂可以为氨水、氢氧化钠和氢氧化钾中的至少一种。在优选情况下，所述水解缩合反应在碱性条件下进行。说 明 书CN 。
19、104448321 A4/7页60031 根据本发明，所述水解缩合反应条件包括：反应温度为10-60，优选为20-40；反应时间为5-50小时，优选为10-24小时。0032 根据本发明，相对于100重量份的所述有序介孔有机硅材料，所述有机溶剂的用量为1000-5000重量份，优选为1000-3000重量份。0033 根据本发明，所述有序介孔有机硅材料与所述双(三乙氧基硅基)-烷基多硫化物的用量的质量比为1：1-10，优选为1：3-6，更优选为1：4-5。0034 根据本发明提供的所述方法，在所述水解缩合反应之后，还包括产品分离步骤。所述产品分离步骤的具体实施过程可以包括：将反应后得到的产物混。
20、合物进行固液分离，接着对分离出的固体进行洗涤，然后将经过洗涤的固体进行干燥，最终得到改性PMO材料。所述固液分离的方法例如可以为离心分离方法、减压抽滤方法等。所述洗涤过程优选依次用DMF、水和丙酮进行洗涤。所述干燥的温度可以为40-200，优选为70-100。所述干燥过程可以在干燥箱中实施。0035 本发明还提供了由上述方法制备的改性PMO材料。所述改性PMO材料不仅具有PMO材料原有的有序介孔结构，而且还具有多硫键。0036 本发明还提供了所述改性PMO材料作为吸附材料的应用。在所述改性PMO材料中，由于具有多硫键，所以所述改性PMO材料对于水中重金属离子中的汞离子的吸附性能明显改善，从而特。
21、别适合用于对水中重金属离子中的汞离子进行吸附。0037 以下通过实施例对本发明作进一步说明。0038 制备例10039 以下实施例中使用的PMO材料根据以下方法制备得到：0040 在40下，将1g的P123（购自sigma-Aldrich公司）溶解于2.98g浓度为1.0molL-1的KCl水溶液中，再向其中加入40g浓度为0.167molL-1的盐酸溶液，之后将1.40g的BTME（购自sigma-Aldrich公司）加入到混合溶液中，并进行搅拌。10分钟后停止搅拌，反应体系在40下静置1天。随后，将混合物转移至高压釜中，在100下反应24小时。反应结束后，过滤收集固体产物，并在室温下干燥。。
22、最后，利用乙醇对固体产物进行索氏提取，得到PMO材料。0041 实施例10042 本实施例用于说明本发明的所述改性PMO材料及其制备方法。0043 将1.0g由制备例1制备得到的有序介孔有机硅PMO材料在室温下均匀分散在20ml无水乙醇中，搅拌使其分散均匀得到悬浮液，随后，向该悬浮液中加入双-3-(三乙氧基硅)丙基四硫化物（购自百灵威科技有限公司，分子式为C18H42O6S4Si2），其中，按质量比，有序介孔有机硅PMO材料：双-3-(三乙氧基硅)丙基四硫化物=1:4.3，随后在搅拌下，向反应体系中加入浓度为36%的浓氨水调节pH使pH为8，加毕，反应体系在氮气保护下在40温度下搅拌反应24h。
23、，反应结束后进行减压抽滤，将收集的固体产物依次用DMF、水及丙酮洗涤，然后将洗涤后的固体产物在70下进行真空干燥24小时，得到改性有序介孔有机硅材料（PMO-GN-1）M1。0044 实施例20045 将1.0g由制备例1得到的有序介孔有机硅PMO材料在室温下分散在20ml无水乙醇中，搅拌使其分散均匀得到悬浮液，随后，向该悬浮液中加入双-3-(三乙氧基硅)说 明 书CN 104448321 A5/7页7丙基二硫化物（购自百灵威科技有限公司），其中，按质量比，有序介孔有机硅PMO材料：双-3-(三乙氧基硅)丙基二硫化物=1:4，随后在搅拌下，向反应体系中加入浓度为36%的浓氨水调节pH使pH为1。
24、2，加毕，反应体系在氮气保护下在20温度下搅拌反应10h，反应结束后进行减压抽滤，将收集的固体产物依次用DMF、水及丙酮洗涤，然后将洗涤后的固体产物在40下进行真空干燥30小时，得到改性有序介孔有机硅（PMO-GN-2）M2。0046 实施例30047 将1.0g由制备例1得到的有序介孔有机硅PMO材料在室温下分散在30ml无水乙醇中，搅拌使其分散均匀得到悬浮液，随后，向该悬浮液中加入4.0ml双-3-(三乙氧基硅)丙基三硫化物（购自百灵威科技有限公司），其中，按质量比，有序介孔有机硅PMO材料：双-3-(三乙氧基硅)丙基三硫化物=1:4.7，随后在搅拌下，向反应体系中加入浓度为36%的浓氨水。
25、调节pH使pH为10，加毕，反应体系在氮气保护下在50温度下搅拌反应5h，反应结束后进行减压抽滤，将收集的固体产物依次用DMF、水及丙酮洗涤，然后将洗涤后的固体产物在200下进行真空干燥24小时，得到改性有序介孔有机硅（PMO-GN-3）M3。0048 实施例40049 将1.0g由制备例1得到的有序介孔有机硅PMO材料在室温下分散在20ml无水乙醇中，搅拌使其分散均匀得到悬浮液，随后，向该悬浮液中加入双-3-(三乙氧基硅)丙基二硫化物（购自百灵威科技有限公司），其中，按质量比，有序介孔有机硅PMO材料：双-3-(三乙氧基硅)丙基二硫化物=1:5，随后在搅拌下，向反应体系中加入浓度为37%的盐。
26、酸调节pH使pH为1，加毕，反应体系在氮气保护下在10温度下搅拌反应50h，反应结束后进行减压抽滤，收集固体产物分别用DMF、水及丙酮洗涤，然后将洗涤后的固体产物在70下进行真空干燥24小时，得到改性有序介孔有机硅（PMO-GN-4）M4。0050 对比例10051 根据实施例1的方法制备改性有序介孔有机硅材料，所不同的是，用相同重量的3-巯基丙基三乙氧基硅烷（购自百灵威科技有限公司）代替所述双-3-(三乙氧基硅)丙基四硫化物，从而制得用巯基修饰改性的有序介孔有机硅材料D1。0052 对比例20053 根据实施例1的方法制备改性有序介孔有机硅材料，所不同的是，用相同重量的SBA-15介孔材料（。
27、购自天津凯美思特科技发展有限公司）代替所述PMO材料，从而制得双-3-(三乙氧基硅)丙基四硫化物改性SBA-15材料D2。0054 测试例10055 分别对PMO材料和实施例1制备的改性PMO材料（PMO-GN-1）进行红外光谱分析，它们各自的FTIR光谱图如图1所示。0056 从图1可以看出，PMO材料和PMO-GN-1材料两者在3400cm-1和1050cm-1处均有非常强的吸收峰，且PMO-GN-1材料在3400cm-1和1050cm-1处的吸收峰相对于PMO材料在3400cm-1和1050cm-1处的吸收峰减小，这是由于PMO-GN-1材料中的硅羟基（Si-OH）参与反应被消耗而产生的。
28、结果；且在PMO-GN-1材料的FTIR光谱图中，在2930cm-1和2810cm-1处的亚甲基（-CH2-）非对称和对称振动峰强度明显增强，由此说明，在PMO-GN-1材料中，双-3-(三乙氧基硅)丙基四硫化物已经成功地修饰在PMO材料上。0057 测试例2说 明 书CN 104448321 A6/7页80058 分别对PMO材料和实施例1制备的改性PMO材料（PMO-GN-1）进行X射线衍射分析，它们各自的XRD图如图2所示。0059 从图2可以看出，PMO材料在2为0.95时有明显的衍射峰，同时PMO-GN-1材料在2为0.85时也有明显的衍射峰。由此说明，根据本发明的所述方法制备的PM。
29、O-GN-1材料仍然为有序结构，也即根据本发明的所述方法不会破坏PMO材料本身的有序介孔结构。0060 实验实施例1-40061 本实验实施例用于说明本发明的所述改性PMO材料作为吸附材料的应用。0062 分别用实施例1-4中制备的改性PMO材料M1-M4进行吸附检测实验。在常温下，将20mg实施例1-4中制备的改性PMO材料M1-M4分别分散于浓度为50ugmL-1的5ml的汞离子水溶液，以及浓度为50ugmL-1的5ml的钴离子、铬离子水溶液中，所得的混合溶液在室温条件下连续缓慢搅拌24h，之后用0.25um的滤膜进行过滤，取上清液稀释后用原子发射光谱（购自美国赛默飞世尔科技公司，型号IR。
30、IS/AP）测定滤液中汞离子的浓度以及钴离子、铬离子的浓度，通过汞离子溶液浓度的改变分别计算出汞离子在改性有序介孔有机硅材料中的吸附量，以及通过钴离子、铬离子溶液浓度的改变分别计算出钴离子、铬离子在改性有序介孔有机硅材料中的吸附量，结果如表1所示。0063 实验对比例1-40064 根据实验实施例1-4的方法进行吸附检测实验，所不同的是，分别用PMO材料、SBA-15介孔材料、对比例1制备的用巯基改性的有序介孔有机硅材料D1和对比例2制备的改性SBA-15材料D2代替改性PMO材料，结果如表1所示。0065 表10066 0067 由表1的数据可以看出，与PMO材料、SBA-15介孔材料、用巯。
31、基改性的有序介孔有机硅材料D1和改性SBA-15材料D2相比，根据本发明的所述方法制备的改性PMO材料对于水中重金属离子中的汞离子的吸附量明显高于实验对比例1-4的吸附量，且对于水中重金属离子中的钴离子和铬离子的吸附量略低，说明根据本发明的所述方法制备的改性PMO材说 明 书CN 104448321 A7/7页9料对于水中重金属离子中的汞离子具有较优的吸附选择性能。0068 以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。0069 另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。0070 此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。说 明 书CN 104448321 A1/1页10图1图2说 明 书 附 图CN 104448321 A10。