一種骨架微球材料的合成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種骨架微球材料的合成方法，所述骨架微球材料的合成步驟：將溶有司班80和偶氮二異庚腈的苯乙烯與二乙烯基苯作為油相，在高速剪切的條件下分散到純水中，低溫下靜置1?2小時(shí)，取上層乳液快速聚合，分離，干燥得到聚合物骨架微球，進(jìn)一步處理和修飾可以獲得碳骨架微球、氮摻雜的碳骨架微球、磷摻雜的碳骨架微球。本發(fā)明制備得到了多種骨架微球結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)骨架微球功能化，拓寬了聚合物多孔材料的應(yīng)用范圍。本發(fā)明的制備方法操作簡(jiǎn)便，經(jīng)過(guò)干燥除去水，即可獲得骨架微球材料，球尺寸40微米左右，孔徑在1?2微米。
【專利說(shuō)明】
一種骨架微球材料的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于多孔球形材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種骨架微球材料的合成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多孔球形材料將多孔性的優(yōu)點(diǎn)和球形結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合在一起，使材料具有了規(guī)則的幾何形狀，優(yōu)良的流動(dòng)性，可調(diào)的孔尺寸和可控的粒徑分布的優(yōu)點(diǎn)，因此這種創(chuàng)新性的材料具有巨大的利用價(jià)值，比如催化，吸附，水和空氣的凈化分離，能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換，生物組織工程等等，尤其是多孔結(jié)構(gòu)中的大孔結(jié)構(gòu)，被證明在能源轉(zhuǎn)化和生物組織工程中是至關(guān)重要的。
[0003]目前多孔球形材料的制備有模板法，水熱法，乳液聚合法，StSber法等方法，這些方法多制得具有微孔或介孔的球形結(jié)構(gòu)，難以制得具有高度連通的大孔甚至超大孔的多孔球形結(jié)構(gòu)。高內(nèi)相乳液(內(nèi)相體積大于74%)是制備高度連通的大孔多孔材料的一個(gè)好的模板。運(yùn)用高內(nèi)相乳液模板法，可以制得塊狀的高度連通的大孔多孔材料，通過(guò)把高內(nèi)相乳液分散到第三相中，可以制備高內(nèi)相多重乳液，以此為模板可以制備高度連通的大孔多孔毫米球，但是這種方法有一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，由于高內(nèi)相乳液(HIPEs)粘度很大，把它分散到第三相中非常困難，這導(dǎo)致了制備的小球往往不規(guī)則，并且粒徑過(guò)大為毫米級(jí)。因此，尋找一種高效、通用的制備方法是人們的迫切的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種骨架微球材料的合成方法，旨在解決骨架微球結(jié)構(gòu)合成困難的問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種骨架微球材料的合成方法，所述骨架微球材料的合成方法步驟:將溶有司班80和偶氮二異庚腈的苯乙烯與二乙烯基苯作為油相，在高速剪切的條件下分散到水中，低溫下靜置1-2小時(shí)，取上層乳液快速聚合，分離，干燥得到聚合物骨架微球。
[0006]進(jìn)一步，所述具體步驟:將1.0-5.0毫升苯乙烯與二乙烯基苯混合液作為油相，在其中溶入0.05-1.0毫升司班80和0.01-0.1克偶氮二異庚腈，在2000-10000轉(zhuǎn)每分鐘高速剪切的情況下將油相分散到10-100毫升水中，靜置1-2小時(shí)，取上層乳液在60-100攝氏度的溫度下快速聚合，分離，干燥，獲得聚合物骨架微球。
[0007]進(jìn)一步，所述獲得聚合物骨架微球之后需要:
以四氯化碳作為溶劑以三氯化鋁作為催化劑對(duì)聚合物骨架微球進(jìn)行交聯(lián)，洗滌干燥，得到交聯(lián)過(guò)的聚合物骨架微球；
以四氯化碳作為溶劑以三氯化鋁作為催化劑對(duì)聚合物骨架微球進(jìn)行交聯(lián)，洗滌干燥后進(jìn)行碳化，得到碳骨架微球；
以溶有多巴胺的Tris溶液作為反應(yīng)體系，對(duì)(交聯(lián)過(guò))聚合物骨架微球進(jìn)行表面修飾，分離干燥后進(jìn)行碳化，得到氮摻雜的碳骨架微球； 以溶有多巴胺、植酸和氨水的Tris溶液作為反應(yīng)體系，對(duì)(交聯(lián)過(guò))聚合物骨架微球進(jìn)行表面修飾，分離干燥后進(jìn)行碳化，得到氮磷摻雜的碳骨架微球。
[0008]進(jìn)一步包括:
10-100毫升四氯化碳中加入0.5-5.0克聚合物骨架微球和0.5-5.0克氯化鋁，50-100攝氏度反應(yīng)過(guò)夜，分離，干燥，獲得交聯(lián)過(guò)的聚合物骨架微球。
[0009]10-100毫升四氯化碳中加入0.5-5.0克聚合物骨架微球和0.5-5.0克氯化鋁，50-100攝氏度反應(yīng)過(guò)夜，分離，干燥，碳化獲得碳骨架微球。
[0010]10-100毫升pH=8.5的Tris溶液中溶入0.1-1.0克多巴胺，然后加入0.05-0.5克(交聯(lián)過(guò))聚合物骨架微球，反應(yīng)過(guò)夜，分離，干燥，碳化獲得氮摻雜的碳骨架微球；
10-100毫升pH=8.5的Tris溶液中溶入0.1-1.0克多巴胺、植酸和濃氨水的混合液，然后加入0.05-0.5克(交聯(lián)過(guò))聚合物骨架微球，反應(yīng)過(guò)夜，分離，干燥，碳化獲得氮磷摻雜的碳骨架微球；
運(yùn)用本發(fā)明提供的骨架微球材料的合成方法制備得到多種骨架微球，實(shí)現(xiàn)骨架微球功能化，如碳化、氮化、磷化等，拓寬了骨架微球多孔材料的應(yīng)用范圍，如能源的存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換，物質(zhì)分離，催化載體等。本發(fā)明的制備骨架微球材料，球尺寸30-200微米左右，孔徑在1-2微米。
【附圖說(shuō)明】
[0011 ]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的骨架微球材料的合成方法流程圖。
[0012]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的聚合物骨架微球的掃描電子顯微鏡照片。(標(biāo)尺為5微米)
圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的碳骨架微球的掃描電子顯微鏡照片。(標(biāo)尺為5微米)
圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的氮摻雜的碳骨架微球的掃描電子顯微鏡照片。(標(biāo)尺為5微米)
圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的氮磷摻雜的碳骨架微球的掃描電子顯微鏡照片。(標(biāo)尺為5微米)
【具體實(shí)施方式】
[0013]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步描述。
[0015]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的骨架微球材料的合成方法包括以下步驟:
SlOl:將溶有司班80和偶氮二異庚腈的苯乙烯與二乙烯基苯作為油相，在高速剪切的條件下分散到純水中，低溫下靜置1-2小時(shí)，取上層乳液快速聚合，分離，干燥得到聚合物骨架微球；
S102:以四氯化碳作為溶劑以三氯化鋁作為催化劑對(duì)聚合物骨架微球進(jìn)行交聯(lián)，洗滌干燥后進(jìn)行碳化，得到碳骨架微球；
S103:以溶有多巴胺的Tris溶液作為反應(yīng)體系，對(duì)(交聯(lián)過(guò))聚合物骨架微球進(jìn)行表面修飾，分離干燥后進(jìn)行碳化，得到氮摻雜的碳骨架微球；
S104:以溶有多巴胺、植酸和氨水的Tris溶液作為反應(yīng)體系，對(duì)(交聯(lián)過(guò))聚合物骨架微球進(jìn)行表面修飾，分離干燥后進(jìn)行碳化，得到氮磷摻雜的碳骨架微球。
[0016]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用效果作詳細(xì)的描述。
[0017]實(shí)施案例一:
I)將1.125毫升苯乙烯與1.125毫升二乙烯基苯作為油相，在其中溶入0.5毫升司班80和0.05克偶氮二異庚腈，在高速剪切的情況下將油相分散到12.75毫升純水中，靜置1-2小時(shí)，取上層乳液快速聚合，分離，干燥，獲得聚合物骨架微球。所得微球尺寸40微米;如圖2所不O
[0018]2)30毫升四氯化碳中加入I克聚合物骨架微球和1.4克氯化鋁，70攝氏度反應(yīng)過(guò)夜，分離，干燥，碳化獲得碳骨架微球;如圖3所示。
[0019]3)50毫升pH=8.5的Tris溶液中溶入0.2克多巴胺，然后加入0.1克(交聯(lián)過(guò))聚合物骨架微球，反應(yīng)過(guò)夜，分離，干燥，碳化獲得氮摻雜的碳骨架微球;如圖4所示。
[0020]4)50毫升pH=8.5的Tris溶液中溶入0.2克多巴胺、10毫升I摩爾每升的植酸和濃氨水的混合液，然后加入0.1克(交聯(lián)過(guò))聚合物骨架微球，反應(yīng)過(guò)夜，分離，干燥，碳化獲得氮磷摻雜的碳骨架微球;如圖5所示。
[0021]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種骨架微球材料的合成方法，其特征在于，所述骨架微球材料的合成步驟:將溶有司班80和偶氮二異庚腈的苯乙烯與二乙烯基苯作為油相，在高速剪切的條件下分散到純水中，低溫下靜置，取上層乳液快速聚合，離心分離，冷凍干燥，得到聚合物骨架微球，對(duì)聚合物骨架微球進(jìn)行后續(xù)處理和修飾可以獲得交聯(lián)過(guò)的聚合物骨架微球、碳骨架微球、氮摻雜的碳骨架微球、氮磷共摻雜的碳骨架微球。2.如權(quán)利要求1所述的骨架微球材料的合成方法，其特征在于，油相為苯乙烯與二乙烯基苯的混合物，水相為水，表面活性劑為司班80，引發(fā)劑為偶氮型引發(fā)劑。3.如權(quán)利要求1所述的骨架微球材料的合成方法，其特征在于，所述骨架微球材料的合成方法采用具體步驟包括:將1.0-5.0毫升苯乙烯與二乙烯基苯混合液作為油相，在其中溶入0.05-1.0毫升司班80和0.01-0.1克偶氮二異庚腈，在2000-10000轉(zhuǎn)每分鐘高速剪切的下將油相分散到10-100毫升水中，靜置1-2小時(shí)，取上層乳液在60-100攝氏度的溫度下快速聚合，分離，干燥，獲得聚合物骨架微球。4.如權(quán)利要求1所述的骨架微球材料的合成方法，其特征在于，所述獲得聚合物骨架微球之后需要: 以四氯化碳作為溶劑以三氯化鋁作為催化劑對(duì)聚合物骨架微球進(jìn)行交聯(lián)，洗滌干燥，得到交聯(lián)過(guò)的聚合物骨架微球； 以四氯化碳作為溶劑以三氯化鋁作為催化劑對(duì)交聯(lián)過(guò)聚合物骨架微球進(jìn)行交聯(lián)，洗滌干燥后進(jìn)行碳化，得到碳骨架微球； 以溶有多巴胺的Tris溶液作為反應(yīng)體系，對(duì)交聯(lián)過(guò)聚合物骨架微球進(jìn)行表面修飾，分離干燥后進(jìn)行碳化，得到氮摻雜的碳骨架微球； 以溶有多巴胺、植酸和氨水的Tris溶液作為反應(yīng)體系，對(duì)交聯(lián)過(guò)聚合物骨架微球進(jìn)行表面修飾，分離干燥后進(jìn)行碳化，得到氮磷摻雜的碳骨架微球。5.如權(quán)利要求4所述的骨架微球材料的合成方法，其特征在于，進(jìn)一步包括: 10-100毫升四氯化碳中加入0.5-5.0克聚合物骨架微球和0.5-5.0克氯化鋁，50-100攝氏度反應(yīng)過(guò)夜，分離，干燥，獲得交聯(lián)過(guò)的聚合物骨架微球； 10-100毫升四氯化碳中加入0.5-5.0克聚合物骨架微球和0.5-5.0克氯化鋁，50-100攝氏度反應(yīng)過(guò)夜，分離，干燥，碳化獲得碳骨架微球； 10-100毫升pH=8.5的Tris溶液中溶入0.1-1.0克多巴胺，然后加入0.05-0.5克交聯(lián)過(guò)聚合物骨架微球，反應(yīng)過(guò)夜，分離，干燥，碳化獲得氮摻雜的碳骨架微球； 10-100毫升pH=8.5的Tris溶液中溶入0.1_1.0克多巴胺、植酸和濃氨水的混合液，然后加入0.05-0.5克交聯(lián)過(guò)聚合物骨架微球，反應(yīng)過(guò)夜，分離，干燥，碳化獲得氮磷摻雜的碳骨架微球。6.—種如權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述骨架微球材料的合成方法合成骨架微球材料在能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用。7.一種如權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述骨架微球材料的合成方法合成骨架微球材料在物質(zhì)分離的應(yīng)用。8.—種如權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述骨架微球材料的合成方法合成骨架微球材料在催化載體中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】B01J13/14GK106040121SQ201610352322
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月25日
【發(fā)明人】周克斌, 劉鑫
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院大學(xué)