[发明专利]一种聚氨基苯乙烯@氧化硅纳米材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物/氧化硅复合杂化纳米材料，具体地说是一种聚氨基苯乙烯@氧化硅纳米材料及其制备方法。

背景技术

氨基功能化的聚合物材料由于其氨基上的活性位点，使其在均相催化剂固载、二氧化碳气体捕集等领域具有广泛的应用前景(Chemical Reviews，2009年，第109卷，第815–838页；Angewandte Chemie International Edition，2012年，第51卷，第7480-7484页；Journal of the American Chemical Society，2012年，第134卷，第10757-10760页)。并且氨基功能化的聚合物由于氨基的亲水性改变了聚合物的亲疏水性，拓展了功能性聚合物在催化、吸附等领域的应用。目前，尽管氨乙基树脂有聚苯乙烯型和Tentagel形式的商业化产品，然后相应的氨基官能化的聚合物仍然不是廉价易得的(Journal of Combinatorial Chemistry，2007年，第7卷，第1012–1027页)。由于纯的氨基功能化聚合物由于本身热稳定性低、比表面积小、在有机溶剂中易于溶胀等缺点限制了其在催化、吸附等领域的应用。为了提高聚合物的热稳定性、比表面积及耐溶胀性等，无机纳米粒子如氧化硅常被作为添加剂引入到聚合物中。近年来，为了拓展了氨基功能化聚合物的应用领域，不同种类的氨基功能化聚合物-氧化硅复合材料的制备得到广泛关注。传统合成聚合物-氧化硅复合材料的方法主要包括氧化硅在聚合过程中直接添加及在氧化硅纳米孔中进行聚合等两大类方法(Chemical Communications,2013年,49卷,第11776-11778页)。然而通过上述方法制备的聚合物-氧化硅复合材料很难在高聚合物含量下保持高比表面积和大孔容。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单可控，通过对聚苯乙烯球硝基化-还原胺化的方法制备一种聚氨基苯乙烯@氧化硅纳米材料及其制备方法。本发明的方法可有效克服现有制备技术中很难在高聚合物含量下保持高比表面积和大孔容、对原料复杂、反应缓慢、生产周期长以及可能含有其他官能团残留等缺点，同时本发明涉及的聚氨基苯乙烯@氧化硅纳米材料具有高比表面积（550-650m²/g）、高聚合物含量（10-75wt%）及蛋黄-蛋壳纳米结构。此外，该材料对二氧化碳有一定的吸附能力，在二氧化碳气体吸附与分离领域具有一定的应用前景。

为实现上述目的，本发明在在一定温度下，在酸性溶剂体系下，采用浓硝酸为硝化试剂，将内核为聚苯乙烯球、外壳为氧化硅的蛋黄-蛋壳型有机无机杂化材料硝化，然后以还原性试剂，将硝基还原成氨基，经过过滤、洗涤、干燥最终得到聚氨基苯乙烯@氧化硅纳米材料。

具体可按如下步骤操作：

（1）在0℃的冷浴中搅拌条件下，向含有内核为聚苯乙烯球、外壳为氧化硅的蛋黄-蛋壳型有机无机杂化材料的酸性溶液中加入硝化试剂，直接将其转移到30-80℃温度下的油浴中搅拌2-12h，之后用冰水浴迅速冷却至室温后抽滤，分别用去离子水、乙醇反复洗涤3次，在60-100℃下干燥24h，即制得了硝基功能化的聚苯乙烯@氧化硅纳米材料；

（2）将制得的硝基功能化的聚苯乙烯@氧化硅纳米材料分散在极性溶剂中，加入还原剂，50-120℃温度下回流搅拌12-48h，随后冷却至室温，抽滤，依次用乙醇、去离子水、碱溶液、去离子水和乙醇洗涤，干燥，即制得聚氨基苯乙烯@氧化硅纳米材料。