基于磺化聚苯乙烯微球的介孔二氧化硅微球可控制备及应用

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介孔材料在生物技术、纳米药剂学、催化、吸附等领域具有巨大的潜在应用价值,引起了学术界的广泛研究。其中,介孔材料的制备方法和结构形貌的控制是研究热点,这些特点以及参数将影响材料的关键特征,从而影响材料的催化、药物释放和装载等能力。介孔二氧化硅材料具有比表面积高、孔道规则、热稳定好、生物相容性优异等特点,本文以磺化聚苯乙烯微球为模板,二氧化硅为材料基材,利用磺化位点诱导二氧化硅前驱体水解的方法,分别制备了具有负载催化功能的不同形貌、不同孔径和不同比表面积的介孔二氧化硅微球,以及具有磁场响应的海胆状磁性中空微球。主要研究内容如下:(1)将磺化聚苯乙烯微球(SPs-MSs)作为结构模板,正硅酸乙酯前驱体在磺化位点水解,通过煅烧制得介孔二氧化硅微球(MSMs)。通过改变磺化聚苯乙烯微球的交联度,从而实现介孔二氧化硅微球孔径的控制,成功将介孔尺寸控制在2~12 nm之间,比表面积控制在29~392 m2/g之间。同时完成介孔二氧化硅微球内部形貌的控制,实现内部形貌由实心到空心的渐变过程。(2)通过硅烷偶联剂的改性,将氨基接枝到介孔二氧化硅微球上,通过氨基原位还原氯金酸反应,使大比表面积介孔二氧化硅微球内外均匀负载大量金纳米颗粒,利用贵金属纳米粒子表面原子在反应中的催化作用,赋予材料较强的催化活性特性,选取对硝基苯酚(4-NP)为催化模型,验证材料具有良好的催化性能与循环能力。(3)以磺化聚苯乙烯微球为模板,加入三氯化铁(Fe Cl3)和尿素以引入羟基氧化铁(β-Fe OOH),并通过沉淀-沉积法负载金纳米颗粒,经过正硅酸乙酯在其表面水解并在惰性气体保护下煅烧制得了磁性海胆状中空微球(US-MHM)。通过改变反应中Fe Cl3与PS-SO3H的质量比,从而控制最终制备材料的形貌以及磁性强弱,得出Fe Cl3含量是控制材料形貌和磁性强弱的最关键因素。同时选取催化体系,实现材料在6 min内完成催化还原反应,验证了材料优异的催化性能。同时对材料进行循环性能测试,多次用于催化对硝基苯酚还原为对氨基苯酚,经过十次循环后,材料转化率依旧在95%以上,表明材料具有优异的循环回收能力。
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