一種功能化磁性硅球的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種功能化磁性硅球的制備方法，在合成二氧化硅包覆涂層過程中，同時(shí)加入含有所需功能化官能團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑，一步反應(yīng)即可得到功能化磁性硅球。本發(fā)明專利技術(shù)方法合成過程簡(jiǎn)單，原料價(jià)廉易得，并且官能團(tuán)鍵合量大，所獲得的產(chǎn)品在樣品前處理，染料污水處理等相關(guān)領(lǐng)域都具有很大應(yīng)用前景。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種功能化磁性硅球的制備方法，屬于化學(xué)領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
具有超順磁性的材料可以通過外加磁場(chǎng)很容易地實(shí)現(xiàn)固液分離，具有操作簡(jiǎn)便的優(yōu)勢(shì)，因此已被廣泛地應(yīng)用于催化、化學(xué)傳感、樣品制備及污染物的去除等領(lǐng)域。由于Fe3O4易于制備、修飾及操作，因此大多數(shù)應(yīng)用選其作為磁性組分。為了達(dá)到特殊的應(yīng)用目的，通常需要對(duì)Fe3O4進(jìn)行功能化修飾。例如，F(xiàn)e3O4修飾氨基(-NH2)后可用于陰離子染料的選擇性去除，以及重金屬污染Cu2+的吸附；而Fe3O4鍵合C18疏水長(zhǎng)鏈后可用于各類復(fù)雜樣品的預(yù)處理過程中，達(dá)到分析檢測(cè)污染物的目的。由于Fe3O4易溶于酸性溶液，且易發(fā)生氧化，因此在Fe3O4顆粒外面包裹SiO2再進(jìn)行其它修飾是常用的合成方法之一。目前，功能化磁性硅球的制備方法通常是先利用溶膠-凝膠過程在Fe3O4上包裹SiO2涂層，首先獲得Fe3O4SiO2，然后將Fe3O4SiO2分散在無(wú)水溶劑中，在該體系加熱鍵合含有相應(yīng)官能團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑。該過程操作步驟復(fù)雜繁瑣，制備時(shí)間長(zhǎng)，需要使用毒性較大的溶劑(如正己烷、甲苯等)，以及消耗大量的勞動(dòng)力。因此，開發(fā)更為簡(jiǎn)便的功能化磁性硅球的制備方法具有重要意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種功能化磁性硅球的制備方法，一步反應(yīng)即可完成，操作簡(jiǎn)便快捷，條件溫和，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，所制備的功能化磁性硅球表面基團(tuán)的鍵合量更大，產(chǎn)率高。>本專利技術(shù)為解決上述提出的問題所采用的技術(shù)方案為：一種功能化磁性硅球的制備方法，在合成二氧化硅包覆涂層過程中，同時(shí)加入含有所需功能化官能團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑，一步反應(yīng)即可得到功能化磁性硅球。按上述方案，所述所需功能化官能團(tuán)包括氨基、辛基、十六烷基等中的一種或任意幾種；而含有相應(yīng)官能團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑包括3-氨丙基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷等等中的一種或任意幾種。上述功能化磁性微球的制備方法，分為兩步：(1)將四氧化三鐵分散于溶劑和氨水的混合溶液中，得到懸浮液；(2)向步驟(1)所得懸浮液中加入四乙氧基硅烷和含有所需功能化官能團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑，反應(yīng)完成后所得固體產(chǎn)物即為功能化磁性微球。按上述方案，所述四氧化三鐵優(yōu)選為球形顆粒，優(yōu)選尺寸在20-300nm范圍內(nèi)。按上述方案，所述溶劑優(yōu)選由水和乙醇組成。更具體地，所述水和乙醇的體積比為2:7～2:9。按上述方案，所述步驟(1)中分散可以采用超聲或者機(jī)械攪拌分散等方式。按上述方案，所述步驟(1)中四氧化三鐵在懸浮液中的濃度為1～4mg/mL。按上述方案，所述步驟(1)中氨水在懸浮液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2-0.25％。按上述方案，所述步驟(2)中四乙氧基硅烷在懸浮液中的體積濃度為0.6～1.2％。按上述方案，所述步驟(2)中四乙氧基硅烷和含有所需功能化官能團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑的體積比為1:0.1～1:1。按上述方案，所述步驟(2)中反應(yīng)條件為充分?jǐn)嚢琛Ｆ渲校瑪嚢杷俾蕛?yōu)選200～280r/min。按上述方案，所述步驟(2)中反應(yīng)溫度為15～30℃。按上述方案，所述步驟(2)中反應(yīng)時(shí)間為6-10小時(shí)。按上述方案，所述步驟(2)中提取固體產(chǎn)物時(shí)采用外加磁鐵進(jìn)行固液分離；或者采用普通的離心分離或者過濾進(jìn)行固液分離。磁分離作為優(yōu)選的固液分離方式，相比于普通的離心分離或者過濾更為簡(jiǎn)單便捷。按上述方案，所述步驟(2)后還包括洗滌和或干燥的步驟。其中，所述洗滌采用乙醇等溶劑，反復(fù)清洗固體產(chǎn)物，直至磁分離后的上清液澄清。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：第一，本專利技術(shù)所述功能化磁性硅球的制備方法的操作簡(jiǎn)便快捷，條件溫和，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。以往的過程通常需要通過兩鍋反應(yīng)來(lái)制備，且常常需要高溫和惰性氣氛等條件，操作復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)；而本專利技術(shù)只需一鍋反應(yīng)即可完成，反應(yīng)條件溫和，不僅減少了溶劑的使用，縮短了合成時(shí)間，而且減少了合成人員的勞動(dòng)力。第二，本專利技術(shù)所制備的功能化磁性硅球表面基團(tuán)的鍵合量更大。由于本專利技術(shù)是在溶膠-凝膠包裹SiO2的過程中來(lái)水解鍵合含有相應(yīng)官能團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑，因此相應(yīng)的硅烷偶聯(lián)劑更容易鍵合到材料上，且不需要高溫和惰性氣氛等條件。第三，本專利技術(shù)所述方法的產(chǎn)率高，尤其適用于材料制備量大的情況。本專利技術(shù)在包裹SiO2的過程中同時(shí)水解鍵合含有相應(yīng)官能團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑不僅鍵合效率高，而且有利于提高最終產(chǎn)物的產(chǎn)率。附圖說(shuō)明圖1是本專利技術(shù)實(shí)施例1的反應(yīng)過程示意圖。圖2是本專利技術(shù)實(shí)施例1中四氧化三鐵顆粒和氨基鍵合磁性硅球的掃描電鏡圖。圖3是本專利技術(shù)實(shí)施例1所得氨基鍵合磁性硅球的X-射線電子能譜圖。圖4是本專利技術(shù)實(shí)施例2所得十六烷基鍵合磁性硅球的紅外光譜圖。圖5是本專利技術(shù)應(yīng)用例1中氨基鍵合磁性硅球?qū)Τ赛SG(圖5a)和活性黑5(圖5b)的吸附等溫線圖。圖6是本專利技術(shù)應(yīng)用例2中多環(huán)芳烴水溶液經(jīng)十六烷基鍵合磁性硅球萃取后的氣相色譜-質(zhì)譜圖。具體實(shí)施方式為了更好地理解本專利技術(shù)，下面結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步闡明本專利技術(shù)的內(nèi)容，但本專利技術(shù)不僅僅局限于下面的實(shí)施例。實(shí)施例1氨基鍵合磁性硅球的制備方法，步驟如下：(1)量取100mL去離子水和400mL無(wú)水乙醇于1000mL的三口燒瓶中，然后加入1g四氧化三鐵顆粒(平均直徑為20nm)，在機(jī)械攪拌下將其分散于上述溶劑，再加入4mL濃氨水(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28％)，得到懸浮液；(2)量取4mL四乙氧基硅烷(TEOS)和4mL3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)加入步驟(1)所得懸浮液中；在室溫條件下以260r/min攪拌反應(yīng)8小時(shí)；(3)將步驟(2)所得黑色反應(yīng)液倒入燒杯中，利用外加磁鐵進(jìn)行固液分離，倒掉液體；所得固體產(chǎn)物用乙醇反復(fù)清洗，直至磁分離后的上清液澄清，所得固體烘干后即為氨基鍵合的磁性硅球。圖2和圖3分別為所得氨基鍵合磁性硅球的掃描電鏡圖和X-射線電子能譜圖。從圖2的掃描電鏡圖中可以看到所用四氧化三鐵顆粒大小約為20nm，反應(yīng)后氨基鍵合磁性硅球的粒徑約為500nm；從圖3的X-射線電子能譜圖可以明顯的看到C和N的信號(hào)峰，其來(lái)源于3-氨丙基三乙氧基硅烷，說(shuō)明氨基鍵合磁性硅球已成功制備。實(shí)施例2十六烷基鍵合磁性硅球的制備方法，步驟如下：(1)量取100mL去離子水和400mL無(wú)水乙醇于1000mL的三口燒瓶中，然后加入1g四氧化三鐵顆粒(平均直徑為20nm)，在機(jī)械攪拌下將其分散于上述溶劑，再加入4mL濃氨水(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種功能化磁性硅球的制備方法，其特征在于在合成二氧化硅包覆涂層過程中，同時(shí)加入含有所需功能化官能團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑，一步反應(yīng)即可得到功能化磁性硅球。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種功能化磁性硅球的制備方法，其特征在于在合成二氧化硅包覆涂層過程
中，同時(shí)加入含有所需功能化官能團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑，一步反應(yīng)即可得到功能化磁性硅
球。
2.一種功能化磁性硅球的制備方法，其特征在于主要分為兩步：
(1)將四氧化三鐵分散于溶劑和氨水的混合溶液中，得到懸浮液；
(2)向步驟(1)所得懸浮液中加入四乙氧基硅烷和含有所需功能化官能團(tuán)的硅
烷偶聯(lián)劑，反應(yīng)完成后所得固體產(chǎn)物即為功能化磁性微球。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種功能化磁性硅球的制備方法，其特征在于所述
所需功能化官能團(tuán)包括氨基、十六烷基、辛基；含有所需功能化官能團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑
包括3-氨丙基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、N-氨乙基-
γ-氨丙基三甲氧基硅烷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種功能化磁性硅球的制備方法，其特征在于四乙
氧基硅烷和含有所需功能化官能團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑的體積比為1:0...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李小水，范宇寒，祁士華，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)武漢，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：湖北;42