[发明专利]一种Janus中空多毛球、制备方法及用途

说明书

本发明公开了一种Janus中空多毛球、制备方法及用途,属于材料领域，Janus中空多毛球为中空结构；外表面为多毛纤维，壳内层为疏水性的聚二乙烯基苯，壳外层为亲水性的磺化聚二乙烯基苯；制备方法如下：以单分散SiO₂纳米颗粒为模板，将其分散在液态烷烃类有机相中，在其表面引入不溶于液态烷烃的引发剂；将聚合单体加入到SiO₂分散液中，超声引发单体的聚合反应，得中间产物SiO₂@PHS；将SiO₂@PHS分散在硫酸溶液中进行磺化，得中间产物SiO₂@SPHS；将SiO₂@SPHS在室温下用氢氟酸刻蚀，得到目标产物Janus中空多毛球(JHPHS)；本发明的Janus中空多毛球可作为吸附剂和催化剂载体。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体涉及一种Janus中空多毛球、制备方法及用途，在吸附剂和催化剂载体方面具有很大的应用价值。

背景技术

Janus颗粒是一种特殊的粒子，其两个部分或有着不同的结构、化学组成、属性以及功能。表面具有双重性质的颗粒赋予了粒子两种不同甚至相反的性质，使Janus颗粒在许多领域具有重要的应用。Janus中空球是指球体壳层内外表面化学组成不同的中空球。这类颗粒具有中心对称结构，但其壳层为非对称结构，即壳层内外表面化学组成不同。与壳层内外性质相同的普通中空球相比，Janus中空球在药物可控释放、受限反应、吸附和催化方面都有明显的优势。

目前Janus中空微球的制备方法也有所报道。比如专利CN201610209740.5提出了一种环氧树脂-二氧化硅复合单孔Janus中空微球的制备方法；专利CN201510340704.8提出了一种pH响应性聚合物基Janus纳米中空球的制备方法；文献报道了通过乳液界面材料化，以乳液的Janus界面作为模板诱导溶胶在界面自组装，形成具有Janus壳层的中空球的制备方法(Chem.Commun.2011,47,1231-1233.)。这些Janus中空微球都具有较平整和单一的表面结构，关于表面具有毛发状结构的Janus中空微球还鲜少有报道。这种表面具有凸起的纤毛状结构的材料在仿生学领域具有非常重要的作用与意义。文献报道了覆盖在微米级突起表面的纤毛状纳米结构所形成的微纳分级结构对荷叶自清洁效应具有重要作用(Chem.Soc.Rev.,2010,39(8):3240-3255.)。目前所报道的通过化学修饰法得到的带有毛发表面的材料，无论是通过“grafting-from”或“anchoring-to”的方式，都只能引进大分子链，这些毛发结构在干燥后很容易变得光滑平整而失去其粗糙的毛发结构(Macromolecules 2012,45,2619-2631)。采用物理组装方法可将纳米棒在颗粒表面经过物理作用组装形成多毛结构，采用化学气相沉积法、模板铸造技术都可制备表面具有纤毛状结构的材料(J.Am.Chem.Soc.2004,126,8092-8093；Adv.Mater.2013,25,4561-4565；Langmuir 2010,26(3),1504-1506.)，但普遍存在制备方法繁琐、结构控制困难等不足之处，也不容易进一步进行修饰反应，限制了其应用空间的拓展。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供了一种Janus中空多毛球、制备方法，及其作为吸附剂和催化剂载体的应用，其具有较强的吸附能力和负载能力，可用于水中染料等污染物的吸附和光催化降解。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

技术方案一：

一种Janus中空多毛球，其为中空结构；外表面为多毛纤维，壳内层为疏水性的聚二乙烯基苯(PDVB)，壳外层包括亲水性的磺化聚二乙烯基苯(PDVB-SO₃H)；所述的壳外层包括球壳外层部分及多毛纤维；所述Janus中空多毛球空腔尺寸与所采用单分散SiO₂纳米颗粒的粒径大小相同，优选为400-600nm；外表的多毛纤维呈中空竹节状，直径为10-200nm，纤维长度为5nm-5μm。