[发明专利]一种多重响应性有机无机复合Janus笼状材料及其制备与应用

说明书

本发明提供一种多重响应性有机无机复合Janus笼状材料及其制备方法与其在燃油污染物处理中的应用。通过不完全刻蚀磁性介孔二氧化硅颗粒的磁性内核，保留磁性并释放内表面新鲜硅羟基，外侧修饰离子液体赋予其催化性能，内侧接枝响应性聚合物，得到可催化氧化燃油中硫化物污染物并可富集且可控释放催化氧化后产物的磁性Janus笼状材料。本发明能够实现批量化制备组成可调控的具有催化性能和多重响应性的Janus材料，此材料结合了离子液体、响应性聚合物和磁性介孔纳米粒子的优异性能，在尾气处理、水体净化和药物运输等领域中具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种多重响应性有机无机复合Janus笼状材料及其制备方法与其在燃油污染物处理中的应用。

背景技术

Janus起源于古罗马神话的双面神，1991年，著名的法国科学家de Gennes首次提出Janus一词，用以描述那些在结构或组织上具有双重性质的颗粒(De Gennes.；P.G.SoftMatter.Science.1992,256(5056),495-497)。同时具有双重性质的Janus材料是一类具有独特微结构和功能性的新材料，在诸多领域具有重要的应用前景，成为新材料科学领域的研究热点。其中具有蛋黄-蛋壳(Yolk-Shell)结构的材料因为有着透过率较好的壳层，并且内部的空腔赋予其优良的装载能力，因此在药物输送(Zhang L,Wang T,Li L,Wang C,SuZ,Li J,Multifunctional fluorescent-magnetic polyethyleneimine functionalizedFe₃O₄-mesoporous silica yolk–shell nanocapsules for siRNA deliver”[J],Chem.Commun.2012,48,8706-8708)，(Fang X,Zhao X,Fang W,Chen C,Zheng N,Self-templating synthesis of hollow mesoporous silica and their applications incatalysis and drug delivery[J],Nanoscale2013,5,2205-2218)及催化领域(Fang X,Liu Z,Hsieh M F,Chen M,Liu P,Chen C,Zheng N,Hollow Mesoporous AluminosilicaSpheres with Perpendicular Pore Channels as Catalytic Nanoreactors[J],ACSNano 2012,6,4434-4444.)，(Lee J,Park J C,Bang J U,Song H,Precise Tuning ofPorosity and Surface Functionality in Au@SiO₂Nanoreactors for High CatalyticEfficiency[J],Chem.Mater.2008,20,5839-5844)都有着很好的应用前景，近年来成为材料科学界的研究热点(Lee I,Joo J B,Yin Y,Zaera F,A Yolk@Shell Nanoarchitecturefor Au/TiO₂Catalysts[J],Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,10208-10211.)，(Li W,Deng Y,Wu Z,Qian X,Yang J,Wang Y,Gu D,Zhang F,Tu B,Zhao D,Hydrothermal EtchingAssisted Crystallization:A Facile Route to Functional Yolk-Shell TitanateMicrospheres with Ultrathin Nanosheets-Assembled Double Shells[J],J.Am.Chem.Soc.2011,133,15830-15833.)。现如今，汽车的普及在给人们的生活带来极大的便利的同时，尾气排放增加带来的环境问题也越来越严重。其中，燃油中的硫化物如噻吩(Thiophene，T)、苯并噻吩(benzothiophene，BT)、二苯并噻吩(dibenzothiophene，DBT)等就是一类常见的污染物。由于噻吩类硫化物通常有着较大的空间位阻，因此很难通过工业上常用的还原法除去。催化氧化法脱硫虽然通常对噻吩类硫化物有着较高的脱除率(Otsuki S,Nonaka T,Takashima N,Qian W,Ishihara A,Imai T,Kabe T,EnergyFuels2000,14,1232.)，但在反应的过程中，经常需要极性溶剂对反应产生的砜类进行萃取也增加了处理的成本。