[发明专利]一种介孔印迹碳纳米球的制备方法

权利要求书

1.一种介孔印迹碳纳米球的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：葡萄糖、二氧化硅、二苯并噻吩、二甲基丙烯酸乙二醇酯、α-甲基丙烯酸、氯仿、无水乙醇、无水甲醇、冰乙酸、p-(氯甲基)苯基三甲氧基硅烷、二乙基二硫代氨基甲酸钠、硫酸、硝酸、甲苯、去离子水、氮气，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米³为计量单位

制备方法如下：

(1)制备介孔碳纳米球

①配制葡萄糖水溶液，称取葡萄糖3.168g±0.001g，量取去离子水40mL±0.001mL，加入烧杯中，搅拌5min，成0.4mol/L的葡萄糖水溶液；

②取葡萄糖水溶液40mL±0.01mL、二氧化硅0.2g±0.01g置于聚四氟乙烯容器中，将容器置于超声分散仪内进行分散溶解，成乳白色澄清混合液；

③将盛有混合液的聚四氟乙烯容器放入反应釜内，并密闭，然后放入加热炉中进行加热，加热温度180℃±2℃，加热时间1440min；混合液在反应釜中进行水热合成反应，反应式如下:

式中：C-OH：表面具有氢氧官能团的碳纳米球

④停止加热，反应釜内溶液随炉冷却至25℃，得棕色絮状溶液；

⑤离心分离，将棕色絮状溶液置于离心管内进行分离，得絮状物；

⑥洗涤、抽滤，将絮状物加入烧杯中，加入去离子水100mL，搅拌洗涤，然后用微孔滤膜进行抽滤，留存滤饼；

⑦真空干燥，将滤饼置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥温度55℃，真空度10Pa，干燥时间1440min，得棕色粉末；

⑧将干燥后的棕色粉末置于烧结炉内，进行烧结碳化，烧结温度800℃±2℃，并输入氮气保护，氮气输入速度100cm³/min，烧结时间120min，烧结后成黑色碳纳米球；

⑨将黑色碳纳米球放置于烧杯中，加入氢氟酸40mL±0.001mL，浸泡20min，除去二氧化硅；然后用去离子水1000mL搅拌洗涤，抽滤后得滤饼；

⑩真空干燥，将滤饼置于真空干燥箱中干燥，干燥温度55℃，真空度10Pa，干燥时间1440min，干燥后得介孔碳纳米球；

(2)硅烷化修饰改性介孔碳纳米球

硅烷化修饰改性介孔碳纳米球是在三口烧瓶、电加热器上进行的，是在加热、水循环冷凝、磁力搅拌下完成的；

①称取介孔碳纳米球0.3g±0.001g，加入三口烧瓶中；将无水乙醇45mL±0.01mL、去离子水15mL±0.001mL、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷1mL±0.001mL加入三口烧瓶中；放置搅拌磁子；

②然后滴加冰乙酸1.3mL±0.001mL，滴加速度0.1mL/min，调节pH≈5，呈碱性；

③开启电加热器，温度升至65℃±2℃，搅拌磁子搅拌；

④加热搅拌120min，进行修饰改性反应；反应式如下：

式中：C-C₉H₁₇O₅Si：硅烷化介孔碳纳米球；CH₃OH：无水甲醇

⑤修饰、改性反应后，关闭电加热器，停止加热搅拌，使其随瓶冷却至25℃，得修饰改性溶液；

⑥将修饰改性溶液置于离心管中进行离心分离，转速8000r/min，离心分离10min，离心分离后得硅烷化介孔碳纳米球；

⑦洗涤、分离，将硅烷化介孔碳纳米球置于烧杯中，加入无水乙醇100mL，搅拌洗涤，然后进行离心分离，留存沉淀物；无水乙醇洗涤、离心分离重复进行三次；

⑧将沉淀物进行真空干燥，干燥温度55℃，真空度10Pa，干燥时间720min，干燥后得硅烷化介孔碳纳米球；

(3)硅烷化介孔碳纳米球表面接枝α-甲基丙烯酸

硅烷化介孔碳纳米球表面接枝α-甲基丙烯酸是在三口烧瓶中进行的，是在加热、超声分散过程中完成的；

①称取硅烷化介孔碳纳米球0.2g±0.001g，置于三口烧瓶中，加入去离子水15mL±0.001mL、α-甲基丙烯酸1mL±0.001mL、过硫酸铵0.132g±0.001g；然后将三口烧瓶置于超声分散仪内进行超声分散，超声波频率40kHz，分散时间20min；在超声分散过程中输入氮气，氮气输入速度10cm³/min；

②开启超声分散仪加热器，加热温度70℃±2℃，并进行水循环冷凝，反应时间1440min，反应式如下：

式中：C-C₁₃H₂₃O₇Si：接枝聚甲基丙烯酸的介孔碳纳米球

③冷却后，将产物转移至离心管中，进行离心分离，离心分离后留存固体产物；

④洗涤、分离，用无水乙醇进行洗涤，然后进行离心分离，除去表面聚合物杂质，洗涤分离重复进行三次；

⑤真空干燥，将洗涤分离后的接枝聚甲基丙烯酸的介孔碳纳米球进行真空干燥，干燥温度55℃，真空度10Pa，干燥时间720min，得表面接枝甲基丙烯酸的介孔碳纳米球；

(4)制备介孔印迹碳纳米球

制备介孔印迹碳纳米球是在三口烧瓶、电加热器上进行的，是在加热、水循环冷凝、磁力搅拌下完成的；

①将二苯并噻吩0.111g±0.001g、氯仿10mL±0.001mL加入三口烧瓶内，搅拌使其溶解；

②将三口烧瓶置于电加热器上，加入接枝甲基丙烯酸的介孔碳纳米球0.1g±0.001g，搅拌30min，使二苯并噻吩与甲基丙烯酸充分作用；

③加入交联剂二甲基丙烯酸乙二醇酯3mL±0.001mL，开始加热，加热温度50℃±2℃，水循环冷凝反应600min，反应式如下：

式中：C-C₃₅H₄₅SO₁₁Si：含二苯并噻吩的介孔印迹碳纳米球

④反应后，用无水乙醇90mL、乙酸10mL的混合溶液洗涤，然后进行离心分离，洗涤、离心分离重复进行三次，以洗脱聚合物表面的二苯并噻吩；

⑤离心分离后，倒掉上清液，留有沉淀物质，即介孔印迹碳纳米球；

⑥将介孔印迹碳纳米球置于真空干燥箱中干燥，干燥温度55℃，真空度10Pa，干燥时间720min；

⑦将干燥后的介孔印迹碳纳米球置于烧杯中，加入正己烷200mL，搅拌洗涤5min；洗涤除去二苯并噻吩分子，得介孔印迹碳纳米球黑色固体；

⑧将黑色固体置于真空干燥箱中干燥，干燥温度55℃，真空度10Pa，干燥时间720min；干燥后得终产物：介孔印迹碳纳米球；

(5)检测、分析、表征

对制备的介孔印迹碳纳米球的色泽、形貌、结构、化学物理性能进行检测、分析、表征；

用场发射扫描电子显微镜进行形貌分析；

用透射电子显微镜对其内部结构、表面形貌分析；

用BET分析仪进行比表面积和孔径分析；

用傅里叶红外光谱分析仪对其表面官能团分析；

用热重分析仪进行热稳定性分析；

用气相色谱仪进行吸附测量；

结论：介孔印迹碳纳米球为黑色粉体颗粒，颗粒直径≤250nm，产物纯度98％，产物介孔形貌良好，孔径分布集中于3-5nm，印迹效果明显，对二苯并噻吩的吸附在20min时达到平衡，饱和吸附量为134.08mg/g；

(6)产物储存

对制备的介孔印迹碳纳米球储存于棕色透明的玻璃容器中，密闭避光储存，置于干燥、洁净环境，要防晒、防潮、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃，相对湿度≤10％。