[发明专利]氨基化介孔氧化硅纤维及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种氨基化介孔氧化硅纤维及其制备方法和应用，尤其涉及一种静电纺丝氨基化介孔氧化硅纤维及其制备方法和应用。

背景技术

国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）按照孔径的大小，把多孔材料分为三类：孔径小于2nm为微孔材料，孔径介于2-50nm为介孔材料，孔径大于50nm为大孔材料。介孔氧化硅是研究最早，也是最为成熟的介孔材料，它具有较好的热稳定性和水热稳定性，比表面积大，孔道大小均匀，表面富含羟基易于修饰以及有良好的生物相容性，具有广泛的应用前景。

介孔氧化硅粉体的制备发展最早，制备方法最为成熟，研究集中在优化合成工艺、研究合成机理、材料表面改性及组装化学等。介孔氧化硅薄膜的制备工艺包括利用气-液、固-液或液-液界面相互作用进行两相界面外延生长技术，以及借助溶剂蒸发诱导自组装（EISA）方法，通过旋转或者浸渍提拉快速成膜。介孔薄膜与粉体相比，具有易于膜基分离和组装到器件上等优点，但仍存在物质传输效率低的问题。

目前，在介孔氧化硅纤维方面的研究较少，虽然存在许多制备纳米纤维的方法如提拉法、相分离法、自组装方法等，但这些方法存在操作复杂、不够灵活、效率低等缺陷。近十几年来，虽然也有科研人员试图采用静电纺丝法制备介孔氧化硅纤维，但是制备的氨基化介孔氧化硅纤维仍然存在比表面积小、孔径分布宽、脆性大、无法有效利用、研究不够系统等问题，且目前尚未见到在电化学传感器上应用的研究报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种组装方便、孔道丰富、纤维搭接可提供直达孔洞、表面氨基可提供氢键或共价键连接固定结构的氨基化介孔氧化硅纤维及其制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种氨基化介孔氧化硅纤维，所述氨基化介孔氧化硅纤维的表面（包括纤维表面和介孔表面）带有氨基，所述氨基化介孔氧化硅纤维的直径为100nm～800nm，介孔孔径为2nm～10nm，比表面积为500 m²·g^-1～1000 m²·g^-1。

上述的氨基化介孔氧化硅纤维中，优选的，所述氨基化介孔氧化硅纤维主要由硅源、表面活性剂、高分子聚合物、催化剂和溶剂组成的纺丝液经静电纺丝制备而成，其中，所述硅源由第二硅源和带有氨基的第一硅源组成，所述表面活性剂为模板剂，所述高分子聚合物为助纺剂。

上述的氨基化介孔氧化硅纤维中，优选的，所述带有氨基的第一硅源为APTES（3-氨丙基三乙氧基硅烷），所述第二硅源包括TEOS（正硅酸乙酯）和TMOS（正硅酸甲酯）中的一种或两种；所述模板剂包括F127（EO₁₀₆PO₇₀-EO₁₀₆）、P123（EO₂₀PO₇₀-EO₂₀）和CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）中的一种或多种；所述高分子聚合物包括PVA（聚乙烯醇）、PVP（聚乙烯吡咯烷酮）和PVB（聚乙烯醇缩丁醛）中的一种或多种；所述催化剂包括HCl或NaOH。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种氨基化介孔氧化硅纤维的制备方法，包括以下步骤：

（1）将硅源、表面活性剂、高分子聚合物和催化剂溶于溶剂中，配制成纺丝液，其中，所述硅源由第二硅源和带有氨基的第一硅源组成，所述表面活性剂为模板剂，所述高分子聚合物为助纺剂；

（2）将纺丝液进行陈化；

（3）将陈化后的纺丝液进行静电纺丝，所得纤维膜经干燥后，去除模板剂，得到氨基化介孔氧化硅纤维。

上述的氨基化介孔氧化硅纤维的制备方法中，优选的，所述带有氨基的第一硅源为APTES，所述第二硅源包括TEOS和TMOS中的一种或两种；所述模板剂包括F127、P123和CTAB中的一种或多种；所述高分子聚合物包括PVA、PVP和PVB中的一种或多种；所述催化剂包括HCl或NaOH。

上述的氨基化介孔氧化硅纤维的制备方法中，优选的，所述带有氨基的第一硅源与所述第二硅源的质量比为0.05～0.3∶1；所述模板剂与所述第二硅源的质量比为0.1～0.5∶1；所述高分子聚合物与所述硅源的质量比为0.05～0.3∶1；所述催化剂与所述硅源的质量比为0.01～0.03∶1；所述模板剂与所述溶剂的质量比为0.05～0.3∶1。