[发明专利]一种水溶性介孔氧化硅纳米颗粒及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种水溶性介孔二氧化硅纳米颗粒及其制备方法和用途，所述介孔二氧化硅纳米颗粒能够有效地单分散在水中，形成透明的水溶液，并且在溶解状态下其颗粒表面带有正电荷。

背景技术

介孔二氧化硅是上世纪90年代初由美孚公司研究人员发现的具有有序孔道结构的二氧化硅纳米材料，其具有比表面积大、表面易修饰、化学惰性等特点。介孔材料是优良的载体，并被陆续应用到催化剂负载、药物递送、发光材料等方面。

现有应用的介孔二氧化硅纳米颗粒大部分尺度都在100nm以上，将其分散在水溶液中会因为严重的散射而不透明。而要想得到透明的分散液，需要较小尺度的纳米颗粒。另一方面，随着介孔二氧化硅纳米颗粒尺度的进一步缩小，其制备难度有所增加。主要原因在于，纳米颗粒不易于用常规的离心机离心分离，另外在移除表面活性剂的过程中纳米颗粒会发生团聚，而一旦团聚后难以再分散。Kazuyuki Kuroda等^[110]（Chem.Commun.,2009,5094-5096）采用透析的方法来去除表面活性剂，成功制得尺寸在20nm以下的介孔小颗粒，但该方法过于繁琐，周期较长，不易于大规模制备，所制备得到的纳米颗粒需保存在水溶液中，不利于长期储存，而且由于此种小尺寸纳米颗粒的团聚作用，即使对其进行加热也不溶于水。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水溶性介孔二氧化硅纳米颗粒及其制备方法和用途。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明提供了一种水溶性介孔二氧化硅纳米颗粒，所述纳米颗粒的直径为10~20nm，在其颗粒表面上经修饰带有官能团，其中，所述官能团选自-C₃H₆NH₃Cl和-C₃H₆NH₃NO₃，优选-C₃H₆NH₃Cl。

在本发明的水溶性介孔二氧化硅纳米颗粒中，所述官能团使得该纳米颗粒在水中能够电离出带有正电荷的纳米颗粒部分和带有负电荷的基团，从而使得该纳米颗粒能够有效地单分散至水中，形成透明的水溶液。另外，本发明的水溶性介孔二氧化硅纳米颗粒能够以固体粉末状态储存。

本发明还提供了上述水溶性介孔二氧化硅纳米颗粒的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

a）将有机胺试剂和表面活性剂加入到去离子水中，将所得混合物加热溶解，形成水溶液，其中，所述表面活性剂：水的摩尔比为1：1000~5000；

b）在60~100℃下，向步骤a）得到的水溶液中滴加硅烷试剂，使硅烷试剂：有机胺：水的摩尔比为1：0.1~0.5：1000~2000，然后反应3~20h；

c）用酸调节步骤b）得到的反应液的pH值为2~4，然后滴加APES（3-氨丙基三乙氧基硅烷），使得硅烷试剂：3-氨丙基三乙氧基硅烷的摩尔比为1：0.1~0.5，继续反应3~20h；

d）将步骤c）得到的反应液利用微孔滤膜过滤，然后将滤液冷冻干燥成为冻干粉末，再除去冻干粉末上的表面活性剂；然后加入至盐酸的乙醇溶液中回流3~20h，冷却后过滤，并用乙醇洗涤滤饼，干燥后得到纳米颗粒。

根据本发明提供的制备方法，其中，所述步骤a）中的有机胺试剂可以选自氨水、二乙胺、三乙胺、乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的一种或多种。所述步骤a）中的表面活性剂可以为CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）和/或CTAC（十六烷基三甲基氯化铵）。所述步骤a）中的硅烷试剂可以为TMOS（四甲氧基硅烷）和/或TEOS（四乙氧基硅烷）。

优选地，所述步骤a）中将混合物加热至30~100℃溶解,更优选加热至60~80℃溶解。

优选地，所述步骤a）中有机胺试剂的量使得到的水溶液的pH值为9~11。

优选地，在所述步骤a）中，所述表面活性剂：水的摩尔比为1：2400。

优选地，所述步骤b）中的反应温度为60~80℃，反应时间为5~8h。优选地，所述步骤b）中硅烷试剂：有机胺：水的摩尔比为1：0.25：1200。

优选地，所述步骤c）中的反应时间为5~8h。

优选地，所述步骤c）中所述硅烷试剂：3-氨丙基三乙氧基硅烷的摩尔比为1：0.24。

优选地，所述步骤c）中的酸选自盐酸、乙酸和硝酸。

优选地，所述步骤d）中除去冻干粉末上的表面活性剂的方法包括以下步骤：