一種骨架微球材料的合成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開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，取上層乳液快速聚合，分離，干燥得到聚合物骨架微球，進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構，實現(xiàn)骨架微球功能化，拓寬了聚合物多孔材料的應用范圍。本發(fā)明的制備方法操作簡便，經(jīng)過干燥除去水，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。
【專利說明】
一種骨架微球材料的合成方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于多孔球形材料技術領域，尤其涉及一種骨架微球材料的合成方法。
【背景技術】
[0002]多孔球形材料將多孔性的優(yōu)點和球形結構的優(yōu)勢結合在一起，使材料具有了規(guī)則的幾何形狀，優(yōu)良的流動性，可調的孔尺寸和可控的粒徑分布的優(yōu)點，因此這種創(chuàng)新性的材料具有巨大的利用價值，比如催化，吸附，水和空氣的凈化分離，能量存儲和轉換，生物組織工程等等，尤其是多孔結構中的大孔結構，被證明在能源轉化和生物組織工程中是至關重要的。
[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構，難以制得具有高度連通的大孔甚至超大孔的多孔球形結構。高內相乳液(內相體積大于74%)是制備高度連通的大孔多孔材料的一個好的模板。運用高內相乳液模板法，可以制得塊狀的高度連通的大孔多孔材料，通過把高內相乳液分散到第三相中，可以制備高內相多重乳液，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很大的挑戰(zhàn)，由于高內相乳液(HIPEs)粘度很大，把它分散到第三相中非常困難，這導致了制備的小球往往不規(guī)則，并且粒徑過大為毫米級。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構合成困難的問題。
[0005]本發(fā)明是這樣實現(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，取上層乳液快速聚合，分離，干燥得到聚合物骨架微球。
[0006]進一步，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，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聚合物骨架微球進行交聯(lián)，洗滌干燥，得到交聯(lián)過的聚合物骨架微球；
以四氯化碳作為溶劑以三氯化鋁作為催化劑對聚合物骨架微球進行交聯(lián)，洗滌干燥后進行碳化，得到碳骨架微球；
以溶有多巴胺的Tris溶液作為反應體系，對(交聯(lián)過)聚合物骨架微球進行表面修飾，分離干燥后進行碳化，得到氮摻雜的碳骨架微球； 以溶有多巴胺、植酸和氨水的Tris溶液作為反應體系，對(交聯(lián)過)聚合物骨架微球進行表面修飾，分離干燥后進行碳化，得到氮磷摻雜的碳骨架微球。
[0008]進一步包括:
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攝氏度反應過夜，分離，干燥，獲得交聯(lián)過的聚合物骨架微球。
[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攝氏度反應過夜，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)聚合物骨架微球，反應過夜，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)聚合物骨架微球，反應過夜，分離，干燥，碳化獲得氮磷摻雜的碳骨架微球；
運用本發(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用范圍，如能源的存儲與轉換，物質分離，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。
【附圖說明】
[0011 ]圖1是本發(fā)明實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)明實施例提供的聚合物骨架微球的掃描電子顯微鏡照片。(標尺為5微米)
圖3是本發(fā)明實施例提供的碳骨架微球的掃描電子顯微鏡照片。(標尺為5微米)
圖4是本發(fā)明實施例提供的氮摻雜的碳骨架微球的掃描電子顯微鏡照片。(標尺為5微米)
圖5是本發(fā)明實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。(標尺為5微米)
【具體實施方式】
[0013]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0014]下面結合附圖對本發(fā)明的應用原理作進一步描述。
[0015]如圖1所示，本發(fā)明實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，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聚合物骨架微球進行交聯(lián)，洗滌干燥后進行碳化，得到碳骨架微球；
S103:以溶有多巴胺的Tris溶液作為反應體系，對(交聯(lián)過)聚合物骨架微球進行表面修飾，分離干燥后進行碳化，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溶液作為反應體系，對(交聯(lián)過)聚合物骨架微球進行表面修飾，分離干燥后進行碳化，得到氮磷摻雜的碳骨架微球。
[0016]下面結合具體實施例對本發(fā)明的應用效果作詳細的描述。
[0017]實施案例一:
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，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攝氏度反應過夜，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)聚合物骨架微球，反應過夜，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)聚合物骨架微球，反應過夜，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所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
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，對聚合物骨架微球進行后續(xù)處理和修飾可以獲得交聯(lián)過的聚合物骨架微球、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，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聚合物骨架微球進行交聯(lián)，洗滌干燥，得到交聯(lián)過的聚合物骨架微球； 以四氯化碳作為溶劑以三氯化鋁作為催化劑對交聯(lián)過聚合物骨架微球進行交聯(lián)，洗滌干燥后進行碳化，得到碳骨架微球； 以溶有多巴胺的Tris溶液作為反應體系，對交聯(lián)過聚合物骨架微球進行表面修飾，分離干燥后進行碳化，得到氮摻雜的碳骨架微球； 以溶有多巴胺、植酸和氨水的Tris溶液作為反應體系，對交聯(lián)過聚合物骨架微球進行表面修飾，分離干燥后進行碳化，得到氮磷摻雜的碳骨架微球。5.如權利要求4所述的骨架微球材料的合成方法，其特征在于，進一步包括: 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攝氏度反應過夜，分離，干燥，獲得交聯(lián)過的聚合物骨架微球； 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攝氏度反應過夜，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)過聚合物骨架微球，反應過夜，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)過聚合物骨架微球，反應過夜，分離，干燥，碳化獲得氮磷摻雜的碳骨架微球。6.—種如權利要求1-5任意一項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與轉換中的應用。7.一種如權利要求1-5任意一項所述骨架微球材料的合成方法合成骨架微球材料在物質分離的應用。8.—種如權利要求1-5任意一項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用。
【文檔編號】B01J13/14GK106040121SQ201610352322
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月25日
【發(fā)明人】周克斌, 劉鑫
【申請人】中國科學院大學