[发明专利]咪唑基聚倍半硅氧烷吸附材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种咪唑基聚倍半硅氧烷吸附材料及其制备方法与应用，属于功能聚合物材料技术领域。

背景技术

咪唑是一杂环小分子，含有两个氮原子，整个分子为闭合的共轭环系，咪唑结构式如下：

咪唑环上的N原子带有孤对电子，是质子及金属离子的结合位点，因此，咪唑在吸附和催化领域具有重要应用价值。作为分离金属离子的重要配体，咪唑及其衍生物已被引入到聚合物中，制成多种吸附材料，如含咪唑的聚乙烯及其共聚物是常见的咪唑基吸附材料。咪唑基团接枝到不同基体材料上是制备咪唑基吸附材料的一种有效的手段。吸附材料基体结构有碳链聚合物，如聚苯乙烯和聚丙烯腈等。CN101070400A（CN200710055629.6）涉及了一种咪唑改性的聚苯乙烯型大孔吸附树脂的制备方法，该方法利用咪唑离子的物理化学性质，增加树脂的极性和亲水性。CN101225176A（CN200710191354.9）公开了一种带正电荷的咪唑基聚苯乙烯型树脂，咪唑的静电和配位作用显著。CN101434425A（CN200810051262.5）提供了含咪唑结构的聚苯乙烯树脂吸附材料；吸附材料基体结构也有采用生物材料，如CN102641728A（CN201210139250.4）公开了以微晶纤维素和动物皮革为原料，经注射成球法，得到纤维素/胶原复合凝胶球生物吸附剂。O'Connell利用纤维素作为基体材料，接枝咪唑基团，制备了一种有效分离Cu²⁺、Pb²⁺和Ni²⁺离子的吸附材料；另一类吸附材料基体结构为无机型，Moreira和Gushikem在硅胶表面接枝咪唑功能基团，用于分离乙醇中Cu²⁺、Ni²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺和Cd²⁺等离子。咪唑功能化的介孔二氧化硅分子筛（SBA-15）用于吸附铬酸盐及Pt²⁺等重金属离子。CN101088597（200610087136.6）报道了SBA-15基铬离子吸附剂及其制备方法。CN101612597A（200910067343.9）提供了以介孔分子筛SBA-15为载体的吸附材料。作为吸附材料的基体结构，相对于聚倍半硅氧烷基体材料，碳链聚合物和生物材料热稳定性低，生物材料吸附剂不易回收，而无机材料功能可修饰性不好。聚倍半硅氧烷是具有Si-O-Si三维交联结构的有机–无机杂化材料，物化性质稳定，热稳定性高，容易引入功能基团。因此采用聚倍半硅氧烷有机–无机杂化材料为基体制备吸附剂材料具有明显的优势。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种咪唑基聚倍半硅氧烷聚合物吸附材料。

本发明还提供利用溶胶–凝胶法制备咪唑基聚倍半硅氧烷的方法。

本发明还提供咪唑基聚倍半硅氧烷作为吸附材料的应用。

术语说明：

聚倍半硅氧烷，是指通式为[RSiO_3/2]_n的一类聚硅氧烷，属于三维交联结构的有机–无机杂化材料，R为氢原子或有机基团。在本发明中，R为三次甲基脲基三次甲基-N-咪唑。

本发明的技术方案如下：

一种式I所示的咪唑基聚倍半硅氧烷吸附材料，

[C₃H₃N₂(CH₂)₃NHCONH(CH₂)₃SiO_1.5]_n

（I）

一种咪唑基聚倍半硅氧烷的制备方法，步骤如下：

（1）将功能烷氧基硅烷溶于有机溶剂中，加入(N-(3-氨丙基)咪唑，混合均匀，通入氮气，恒温40–90°C，匀速搅拌下反应10–25h，减压蒸除有机溶剂，用正己烷提取未反应的功能烷氧基硅烷，得到咪唑基硅烷前驱体。

所述功能烷氧基硅烷与(N-(3-氨丙基)咪唑的摩尔比为1.0–1.5:1；

所述功能烷氧基硅烷为异氰酸丙基三乙氧基硅烷（(C₂H₅O)₃SiC₃H₆NCO）或异氰酸丙基三甲氧基硅烷（(CH₃O)₃SiC₃H₆NCO）；