[发明专利]一种表面含有季铵阳离子和水杨醛螯合基团的功能化硅胶

说明书

技术领域

本发明涉及一种功能化硅胶，特别涉及含有季铵阳离子和水杨醛螯合基团的功能化硅胶，属于功能材料领域。 

技术背景

硅胶的物理化学性质极其稳定。颗粒硅胶可以分为球型和无定型两种。球型硅胶渗透性强，比无定型硅胶更有利于内部传质。由于未修饰的多孔硅胶球表面存在大量的羟基，因而具有强烈的吸附性能，但是其选择吸附性能较差。通过多孔硅胶球表面羟基的化学反应，将含有所述特定功能基团键合在硅胶表面上，对多孔硅胶球进行表面功能化修饰或改性，已经成为硅胶球特定功能化或改性的主要方法。其中有机硅烷偶联剂是对多孔硅胶球进行特定功能化或改性的常用物质，借此多孔硅胶球可转变为氨基硅胶球、烯烃基硅胶球、巯基硅胶球、环氧基硅胶球、羧基硅胶球等的常用，更适合用作色谱填料、催化剂载体、吸附材料载体、印迹材料载体，故已渐渐应用于固相萃取、色谱填料、固态催化剂、化学仿生、水质处理等领域。所述有机硅烷偶联剂是一种具有可水解基团和特定功能基团的双亲物质，通常表示为Y₃SiR，Y为可水解的基团，如典型的烷氧基、芳氧基、酰氧基、氯基等。通过Y₃SiR水解反应，与硅胶表面Si-OH形成牢固的化学键Si-O-SiR；R代表特定功能基团，如氯烃基、乙烯基、环氧基、胺基、巯基或羧基等。常用的有机硅烷偶联剂有相对廉价的氯丙基烷氧基硅烷偶联剂、环氧基烷氧基硅烷偶联剂、胺丙基烷氧基硅烷偶联剂以及巯基丙基烷氧基硅烷偶联剂，如3-氯丙基三甲氧基硅烷(3-chloroprophtrialkyloxysilane)、3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(3-glyciddoxypropyltrialkyloxysilane)、3-胺丙基三甲氧基硅烷(3-aminopropyltrialkyloxysilane)等。 

水杨醛和水杨酸及其衍生物都是用于重金属离子容量分析、螯合吸附、配位催化、光电转化、生化探针等领域的重要配体。近一个世纪以来，众多学者都企图通过多种方法和技术将水杨醛、水杨醛肟、水杨醛希夫碱或水杨酸连接到固载材料上，筛选出功能多样、性能稳定、使用方便、安全有效的功能材料。基于现 有连接水杨醛或水杨酸官能基团的固载材料种类、制备方法和工艺技术的缺点，弥补不足，本发明提供一种表面含有季铵阳离子和水杨醛螯合基团的功能化硅胶。所述表面含有季铵阳离子和水杨醛螯合基团的功能化硅胶是基于分子设计的原理，采用3-(N，N-二烷基胺丙基)三烷氧基硅烷为有机硅烷偶联剂，5-氯甲基水杨醛为特定功能化试剂，通过化学反应在硅胶表面上引入季铵阳离子和水杨醛螯合基团。所述的表面携带有季铵阳离子和水杨醛螯合基团的功能化硅胶能够选择性螯合重金属离子，具有阴阳离子的快速交换特性，可直接用于痕量重金属离子的富集和分离；并且所述表面携带有季铵阳离子和水杨醛螯合基团的功能化硅胶的制备方法简单易行，产物收率高，原材料来源丰富，成本低廉。 

发明内容

本发明提供一种表面含有季铵阳离子和水杨醛螯合基团的功能化硅胶，具有通式(I)所示结构： 

其中通式(I)中的代表硅胶，所述R₁和R₂分别选自C₁～C₁₂烃基中的一种，X^-选自F^-、Cl^-、Br^-、NO₃^-、HSO₄^-、CH₃COO^-、CF₃COO^-、BF₄^-、PF₆^-、SbF₆^-、CF₃SO₃^-、C₄F₉SO₃^-或(CF₃SO₂)₂N^-中的一种。 

本发明提供的表面含有季铵阳离子和水杨醛螯合基团的功能化硅胶的制备方法，是依据以下制备步骤实现的： 

步骤一 含有季铵阳离子和水杨醛的有机硅偶联剂的制备