[发明专利]一种制备具有高效催化性能的有机无机杂化纳米二氧化钛空心球的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备具有高效催化性能的有机无机杂化纳米二氧化钛空心球的方法。

背景技术

随着现代社会环境污染的日益严重，特别是白色垃圾的增多、居民室内装饰材料和各种室内化学物质的使用，使得环境质量大大降低。经济合作与发展组织公布的最新报告称，如果人们不立即采取措施保护环境，环境污染将成为导致人类早死的最大杀手。预计，到了2050年，将有360万人死于环境污染。

二氧化钛作为一种无毒无害的物质，是一种新型光催化剂、抗紫外线剂，近年来引起越来越多科学家的关注。二氧化钛不仅能够将废水废料中的有机物降解为二氧化碳和水等，利用它的强氧化还原能力还能将污水中某些有害物质降解为无毒物质，还有催化降解白色垃圾、吸收紫外线的功效，因此可以用来治理环境污染。二氧化钛纳米颗粒的光催化效应与在水中的分散性能、比表面积、粒径大小及均匀度等因素有很大的联系。而有机无机杂化的二氧化钛空心球，其高的比表面积使得其具有更好的光催化性能，从而得到更加广泛深入的研究。

有机无机杂化二氧化钛是一种功能性复合材料，与单一的有机或无机材料相比，这种复合材料表现出更好的物理化学性能。有机成分和无机成分的良好结合，使得杂化的二氧化钛具有更好的光催化性能，并且其结构更加稳定。

聚合物囊泡是由两亲性聚合物在一定条件下自组装得到的纳米空心球，其中亲水性的链段构成囊泡的外壳和内壳，疏水性的链段构成囊泡的双层膜结构，这种聚合物囊泡结构稳定，并能实现尺寸可控，因此在很多领域都具有很广范的应用前景，如药物载体、基因载体、生物矿化模板、微反应器、生物支架等，还能够用来作为制备有机无机纳米空心球的模板。

本技术发明的创新点为利用聚合物模板原位反应制得有机无机杂化的二氧化钛空心球，其催化效率高，粒径分布均匀，尺寸可控，并且方法简单。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单方便地制备具有高效催化性能的有机无机杂化纳米二氧化钛空心球的方法。

本发明提出的制备具有高效催化性能的有机无机杂化纳米二氧化钛空心球的方法，是利用聚合物模板制备有机无机杂化纳米二氧化钛空心球，用溴代聚氧乙烯(PEO-Br) 、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMA）和苯乙烯（Styrene）进行原子转移自由基聚合(ATRP)得到两亲性的PEO-b-PDMA-b-PS三嵌段共聚物，通过大分子自组装将该聚合物自组装形成粒径均匀的聚合物囊泡。将钛源溶于一定溶剂中，逐滴滴入聚合物囊泡溶液中，搅拌一段时间后即得到有机无机杂化的二氧化钛空心球。

本发明提出的具有高效催化性能的有机无机杂化纳米二氧化钛空心球的方法，具体步骤如下：

(1)原子转移自由基聚合合成PEO-b-PDMA-b-PS三嵌段聚合物，链段重复单

元分别为PDMA：10~40；PS: 50~250，将所得PEO-b-PDMA-b-PS三嵌段聚合物溶解在良溶剂A中，控制PEO-b-PDMA-b-PS三嵌段聚合物浓度为1~50mg/mL，然后滴加不良溶剂B进行自组装得到聚合物囊泡，控制PEO-b-PDMA-b-PS三嵌段聚合物浓度为0.1~10mg/mL；

(2)将钛源在溶剂C中稀释后与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯逐滴滴入自组装好的聚合物囊泡溶液中，PDMA上带有的叔胺基官能团催化钛的溶胶凝胶反应；PS链段用来够装载钛源。其中：钛源与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的摩尔比为（0.5~10.0）:1；

(3)将步骤(2)所得产物干燥，即得有机无机杂化的二氧化钛空心球。

本发明中，步骤(1）中所述的自组装的三嵌段聚合物的良溶剂A为四氢呋喃、二氯甲烷、二甲基甲酰胺（DMF）、氯仿或二甲亚砜中的一种或两种以上；不良溶剂B为水、丙酮、甲醇、乙醇、丙三醇或丁醇中的一种或两种以上。

本发明中，步骤(2）中所使用的溶剂C是为四氢呋喃、甲醇、乙醇、丙三醇或丁醇中的一种或两种以上。

本发明中，步骤(2）中所述的钛源为钛酸四丁酯、钛酸乙酯、四氯化钛或钛酸甲酯中的一种。

利用本发明方法制得的聚合物组装的囊泡粒径为100～500nm，制得的有机无机杂化二氧化钛空心球的粒径为100~500nm。杂化的二氧化钛空心球在1个小时内的降解率为90%。