[发明专利]一种二氧化硅纳米粒子及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化硅纳米粒子及其制备方法和应用，属于现代纳米材料领域。

背景技术

随着纳米技术的发展，纳米二氧化硅及其功能化的材料广泛应用于催化、药物载体和重金属离子的分离与富集。工业技术的快速发展给环境造成严重污染，特别是重金属的污染，不仅给环境带来沉重的负担，也对人的身心健康造成巨大的危害，而部分富集金属离子的材料又存在活性不高、机械强度低等缺点，因此设计并开发具有富集和分离重金属污染物功能的纳米材料是现代纳米材料领域研究的重点。（参考文献：P.K.Jal, S.Patel, B.K.Mishra, Talanta, 2004, 62, 1005-1028； Hua Zhou, Shishan Wu, Jian Shen, Chem. Rev., 2008, 108, 3893-3957）。

Cd²⁺是主要的重金属污染源之一，被人体吸收后，在体内形成镉硫蛋白，选择性地蓄积肝、肾中，特别会使骨骼的代谢受阻，造成骨质疏松、萎缩、变形等一系列症状。近些年也，纳米二氧化硅及其功能化的材料对Cd²⁺的吸附也得到了一定的研究（参考文献：D.P. Quintanilla，I.Hierro, M. Fajardo, I. Sierra  J. Mater. Chem., 2006, 16, 1757-1764; Baojiao Gao, Fuqiang An, Kangkai Liu, Appl.Sur. Sci., 2006, 253, 1946-1952），这些表面修饰后的介孔二氧化硅纳米粒子可以将Cd²⁺从水溶液中吸附除去，从而降低水溶液中金属离子的浓度。

随着工业技术的发展和人们生活质量的逐步提高，虽然现代分析仪器（如AAS，ICP，ICP-AES）在镉离子检测方面发挥着重要的作用，但在进行生物、环保、工业、农业等样品中痕量或超痕量镉离子检测分析时还存在一定困难，检测灵敏度和准确度不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二氧化硅纳米粒子，该纳米粒子是一种具有刺激响应性质的二硫巯基苯并咪唑表面功能化的二氧化硅纳米粒子，对水溶液中痕量Cd²⁺的富集作用显著有效，且方便实用，其化学结构式为：

，其中m=1-3，n=0-6。

本发明另一目的是提供一种二氧化硅纳米粒子的制备方法，按如下步骤进行：

1、制备粒径在60-100 nm的二氧化硅纳米粒子；

将5-10 ml质量百分比浓度为28 %的氨水溶液和1-5 ml去离子水加入到100 ml无水乙醇中混合，混合溶液在40 ℃搅拌2小时，然后加入5-10 ml正硅酸四乙酯，20-60 ℃反应2-24小时，离心分离，分离后的产物用无水乙醇洗涤，得到球形二氧化硅纳米粒子；

2、制备二硫巯基苯并咪唑表面功能化的二氧化硅纳米粒子

2-1）取步骤1制得的球形二氧化硅纳米粒子1-2 g，分散到10-100 ml无水乙醇溶液中，然后向反应液中加入1-10 ml巯基硅烷，在60 ℃氮气保护避光条件下，搅拌反应1-10小时，然后离心分离5-30分钟，用硅烷化反应溶剂洗涤，离心分离后得到巯基官能团表面修饰的二氧化硅纳米粒子；

2-2）取步骤2-1）所制得的巯基功能团表面修饰的二氧化硅纳米粒子1-2 g分散在10-100 ml乙腈溶液中，向反应液中加入1-10 ml饱和二硫吡啶乙腈溶液，常温避光条件下搅拌反应1-24小时，然后离心分离5-30分钟，乙腈溶液洗涤，再离心分离得到二硫吡啶表面功能化的二氧化硅纳米粒子； 

2-3）取步骤2-2)所得的二硫吡啶表面功能化的二氧化硅纳米粒子1-2 g分散在10-50 ml无水乙醇溶液中，向反应液中加入0.5-2 g 巯基苯并咪唑，常温下避光搅拌反应2-24小时，离心分离5-30分钟，无水乙醇和去离子水洗涤，离心分离得到二硫巯基苯并咪唑表面功能化的二氧化硅纳米粒子。

本发明中所述硅烷化反应溶剂为无水乙醇或无水甲苯溶液。

本发明中所述的巯基硅烷为α-巯基三乙氧基硅烷、α-巯基三甲氧基硅烷、β-巯基三乙氧基硅烷、β-巯基三甲氧基硅烷、γ-巯基三乙氧基硅烷、γ-巯基三甲氧基硅烷中一种。

本发明中所述二硫吡啶为2-2’二硫二吡啶或4-4’二硫二吡啶。