[发明专利]一种周期性介孔有机氧化硅材料的绿色制备方法

说明书

本发明属于介孔材料技术领域，具体涉及一种周期性介孔有机氧化硅材料的绿色制备方法，在Na₂S₂O₈溶液中利用超声波独特的微流射效应和空化冲击波效应消除局部的浓度不均，加速羟基自由基的产生，并促进桥联有机倍半硅氧烷的水解，之后与有机模板剂P123和水溶性无机盐在超声下混合，促进有机模板剂和有机硅源之间的自组装过程；该方法是在无酸、无碱、无重金属离子的中性条件下进行的，不会产生酸碱性以及含有重金属离子的废液，反应过程绿色无污染；该反应具有效率高，反应条件温和，操作方便等优点，利于在大规模生产中的应用。

技术领域

本发明属于介孔材料技术领域，具体涉及一种周期性介孔有机氧化硅材料的绿色制备方法。

背景技术

周期性介孔有机氧化硅材料(PMOs)是一种新型的有机无机杂化材料。相比于传统无机的介孔二氧化硅材料，除了均一的孔径和较高的比表面积外，PMOs材料还具有一些新的特点，如表面疏水性/亲水性的可调性，优异的水热稳定性和吸附能力等。此外，PMOs骨架结构中存在的有机基团还可以通过进一步的功能化改性衍生出新的官能团。因此，PMOs材料在许多领域体现出巨大的应用潜力，特别是在化学工业(催化)，环境应用(污染物去除)和生物医疗(药物缓释)等方面。

PMOs材料是以离子型表面活性剂或非离子型嵌段共聚物为模板剂，通过桥联有机倍半硅氧烷的水解和缩聚来制备。由于桥联有机倍半硅氧烷中有机间隔物的构象和诱导效应，其水解和聚合速率远远低于传统的无机硅源，如正硅酸乙酯(TEOS)，导致PMOs材料的制备通常需要在强酸或强碱环境下进行，以促进桥联有机倍半硅氧烷的水解聚合速率。然而PMOs材料合成过程中的强酸或强碱对反应设备具有一定的腐蚀性，并且不可避免的会产生酸碱性的废液，带来一定的环境污染问题，极大的限制了PMOs材料的生产及应用。近年来科研工作者开始探索PMOs在弱酸弱碱甚至无酸碱条件下的合成。Lin等人利用磷酸或磷酸盐缓冲溶液提供的弱酸性环境合成了PMOs材料(Lin F.et al.Microporous and MesoporousMaterials 207(2015)61)。Chang-Sik等人利用过渡金属盐类的水解产生的酸性，合成了结构高度有序的PMOs材料，但该方法一方面引入了重金属离子，另一方面还是会产生大量的酸性废液，对环境十分不利(Shang R.et al.Microporous and Mesoporous Materials113(2008) 47)。Huang等人通过在合成体系中通入高压CO₂气体，利用CO₂溶于水后产生的弱酸性合成出PMOs材料，然而需要注意的是这个方法需要使用特殊的气体注入设备，成本较高且操作复杂，难以工业化(Li W.et al.Chemical Communications 52(2016)9668)。综上所述，目前中性条件下PMOs材料的合成依然是一个难点，因此，开发出一种无酸、无碱、无重金属离子条件下，同时设备简单、成本低的绿色合成方法仍然是PMOs材料制备技术的发展目标。

发明内容

针对现有PMOs材料合成中存在的困难以及环境污染等问题，本发明目的是提供一种在中性条件下无任何环境污染的PMOs材料绿色高效合成方法。该方法在材料合成的过程中无需使用任何酸或者碱，也无需添加任何对环境不利的重金属离子即可得到结构高度有序的PMOs材料。

一种周期性介孔有机氧化硅材料的绿色制备方法，包括如下步骤：

(1)首先将Na₂S₂O₈溶解在水中，搅拌状态下逐滴加入前驱体桥联有机倍半硅氧烷，之后将混合物水解，得到溶液A；

(2)将有机模板剂P123溶于水中，搅拌至完全透明后添加水溶性无机盐，并继续搅拌至溶解，得到溶液B；

(3)将溶液A与溶液B搅拌均匀，在50～200W、30～40℃条件下超声，得到乳白色悬浮液，之后于30～40℃继续搅拌12-24h；