CN112812303A - 含有吡啶二甲亚胺的介孔周期有序有机硅材料及其制备方法 - Google Patents

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    • C08J2383/08—Polysiloxanes containing silicon bound to organic groups containing atoms other than carbon, hydrogen, and oxygen

Abstract

本发明涉及一种含有吡啶二甲亚胺的介孔周期有序有机硅材料及其制备方法，特点是：其将双硅烷化的吡啶二甲亚胺为前驱体，以十六烷基溴化铵为模板剂，在弱碱性条件下水解缩合职称骨架中含有吡啶二甲亚胺的介孔周期有序有机硅材料。其优点是：具有优良的热稳定性和化学稳定性，在非均相催化剂、金属吸附分离、药物缓控释等领域均有重要应用；其作为载体，可用于制备高催化活性和高回收效能的金属催化剂、高吸附能力的净水材料和高生物兼容性的药物缓控释支载材料；所用的有机配体和氨丙基硅烷价格便宜，介孔材料整体制作成本低廉。

Description

含有吡啶二甲亚胺的介孔周期有序有机硅材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种含有吡啶二甲亚胺的介孔周期有序有机硅材料及其制备方法。
背景技术
周期性介孔有序有机硅材料（PMOs）是研究最为广泛的一类无机~有机杂化材料。PMOs可以通过双硅烷化合物（（R1O）3Si~R~Si~（OR1）3，其中R1=Me或Et）与或不与正硅酸乙酯（TEOS）缩合来制备，大量的有机部分可以均匀地并入这些材料的框架中。自1999年PMOs的首次报道以来，许多具有创新性的PMOs被合成并报道，这些材料中所含的各种R基团，从简单乙基、丙基、乙烯、苯到碳氢化合物、杂芳烃和金属络合物。同时，这种PMOs的应用研究已经扩展到吸附、化学分离、薄膜、生物医学等领域，特别是催化领域。目前已有的介孔有序有机硅材料，若要实现对金属的良好络合，则需引入结构较为复杂的有机配体，制备成本高昂，影响其量产应用。
发明内容
为了克服现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种含有吡啶二甲亚胺的介孔周期有序有机硅材料及其制备方法，该材料具有良好介孔结构，且骨架中均匀分布良好有机配体吡啶二甲亚胺，可作为金属催化剂良好负载材料，或用于净水领域金属吸附材料。
为了达到上述目的，本发明的含有吡啶二甲亚胺的介孔周期有序有机硅材料的技术方案是这样实现的，其是将双硅烷化的吡啶二甲亚胺为前驱体，以十六烷基溴化铵为模板剂，在弱碱性条件下水解缩合职称骨架中含有吡啶二甲亚胺的介孔周期有序有机硅材料；所述的双硅烷化的吡啶二甲亚胺的结构式如下：
Figure 689408DEST_PATH_IMAGE001
本发明的含有吡啶二甲亚胺的介孔周期有序有机硅材料的制备方法是这样实现的，包含以下步骤：
步骤一双硅烷化吡啶二甲亚胺的制备
将市售100份的吡啶二甲醛溶解于1500份的无水乙醇中，加入200份的氨丙基三乙氧基硅烷，在室温下，100-400 rpm的磁力搅拌2-8 h ，反应结束后，减压蒸干无水乙醇，得双硅烷化的吡啶二甲亚胺；
步骤二含吡啶二甲亚胺的介孔有序有机硅材料的制备
在1000-3000份的去离子水中，溶解10-50份的阳离子型季铵盐表面活性剂和2份碱，100~400 rpm磁力搅拌并升温至40-80 oC，得到溶剂A；将步骤一所制得的双硅烷化吡啶二甲亚胺溶解在100-500份的乙酸乙酯中，并缓慢滴加到溶液A中，滴加完毕后，保持在40-90 oC下反应3-16 h，停止搅拌，升温至75-85 oC，静置陈化23-25 h，过滤，滤渣，再用150份的去离子水和150份的无水乙醇先后冲洗2-4次，然后至于真空干燥箱中45-55oC 干燥5-7h，得到含吡啶二甲亚胺的介孔有序有机硅材料；
步骤三模板剂的去除
将步骤二所得含吡啶二甲亚胺的介孔有序有机硅材料的固体分散于1000 份的盐酸-乙醇溶液中，回流提取6-8 h，过滤，滤渣，再用150份的去离子水和150份的无水乙醇先后冲洗2-4次，然后至于真空干燥箱中45-55oC干燥5-7 h，得到含有吡啶二甲亚胺的介孔周期有序有机硅材料，在盐酸-乙醇溶液中，盐酸体积浓度为0.8-1.5 %。
在本技术方案中，所述的阳离子型季铵盐表面活性剂是十六烷基溴化铵、十六烷基氯化铵、十八烷基溴化铵、十八烷基氯化铵中的至少一种。
在本技术方案中，所述的碱是氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、三乙胺中至少一种。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、介孔周期有序有机硅材料作为介孔材料的重要类型，因其能将功能有机配体均匀分散于材料骨架之中，同时保持高度有序孔道介孔和高比表面积，具有优良的热稳定性和化学稳定性，在非均相催化剂、金属吸附分离、药物缓控释等领域均有重要应用。
2、其作为载体，可用于制备高催化活性和高回收效能的金属催化剂、高吸附能力的净水材料和高生物兼容性的药物缓控释支载材料。
3、所用的有机配体和氨丙基硅烷价格便宜，介孔材料整体制作成本低廉。
附图说明
图1是含有吡啶二甲亚胺的介孔周期有序有机硅材料的N2吸附解析曲线图；
图2是含有吡啶二甲亚胺的介孔周期有序有机硅材料的孔径分布图；
图3是含有吡啶二甲亚胺的介孔周期有序有机硅材料的固体核磁硅谱图；
图4是含有吡啶二甲亚胺的介孔周期有序有机硅材料的小角XRD衍射图；
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。以下实施例中所涉及的份数均为质量份数。
实施例一
步骤一双硅烷化的吡啶二甲亚胺的制备
将市售100份的吡啶二甲醛溶解于1500份的无水乙醇中，加入200份的氨丙基三乙氧基硅烷，室温下，300 rpm磁力搅拌6 h，反应结束后，减压蒸干无水乙醇，得双硅烷化的吡啶二甲亚胺，其分子结构式如下：
Figure 212793DEST_PATH_IMAGE002
步骤二含吡啶二甲亚胺介孔有序有机硅材料的制备
在1000份的去离子水中，溶解40份的十六烷基溴化铵和2份的氢氧化钠，200 rpm磁力搅拌并升温至50 oC，得到溶液A；将步骤一所制得的双硅烷化吡啶二甲亚胺溶解在200份的乙酸乙酯中，并缓慢滴加到溶液A中；滴加完毕后，保持在50 oC下反应4 h，停止搅拌，升温至80 oC，静置陈化24 h，过滤，滤渣用150份的去离子水和150份的无水乙醇先后冲洗3次，然后至于真空干燥箱中50 oC 干燥6 h，得到含吡啶二甲亚胺介孔有序有机硅材料。
步骤三模板剂的去除
将步骤二所得的含吡啶二甲亚胺介孔有序有机硅材料固体分散于1000份的盐酸-乙醇溶液中，回流提取8 h，过滤，滤渣用150份的去离子水和150份的无水乙醇先后冲洗3次，然后至于真空干燥箱中50 oC 干燥6 h，得到含有吡啶二甲亚胺的介孔周期有序有机硅材料，在盐酸-乙醇溶液中，盐酸体积浓度为1 %。
实施例二
步骤一双硅烷化吡啶二甲亚胺的制备
将市售100份的吡啶二甲醛溶解于1500份的无水乙醇中，加入200份的氨丙基三乙氧基硅烷，在室温下，150 rpm磁力搅拌8 h，反应结束后，减压蒸干无水乙醇，得双硅烷化吡啶二甲亚胺，其分子结构式如下：
Figure 642638DEST_PATH_IMAGE002
步骤二含吡啶二甲亚胺介孔有序有机硅材料的制备
在2000份的去离子水中，溶解25份的十六烷基氯化铵和2份的氢氧化钾，200 rpm磁力搅拌并升温至45 oC，得到溶剂A；将步骤一所制得的双硅烷化吡啶二甲亚胺溶解在300份的乙酸乙酯中，并缓慢滴加到溶液A中；滴加完毕后，保持在40 oC下反应12h，停止搅拌，升温至75 oC，静置陈化23h，过滤，滤渣，然后用150份的去离子水和150份的无水乙醇先后冲洗2次，然后至于真空干燥箱中45 oC 干燥7 h，得到含吡啶二甲亚胺介孔有序有机硅材料。
步骤三模板剂的去除
将步骤二所得的含吡啶二甲亚胺介孔有序有机硅材料固体分散于1000的份盐酸-乙醇溶液中，回流提取8 h，过滤，滤渣，然后用150份去离子水和150份的无水乙醇先后冲洗3次，然后至于真空干燥箱中50 oC 干燥6 h，得到含有吡啶二甲亚胺的介孔周期有序有机硅材料，在盐酸-乙醇溶液中，盐酸体积浓度为0.8 %。
实施例三
步骤一双硅烷化吡啶二甲亚胺的制备
将市售100份的吡啶二甲醛溶解于1500份的无水乙醇中，加入200份的氨丙基三乙氧基硅烷，室温下，400rpm磁力搅拌3 h，反应结束后，减压蒸干无水乙醇，得双硅烷化吡啶二甲亚胺，其分子结构式如下：
Figure 821946DEST_PATH_IMAGE002
步骤二含吡啶二甲亚胺介孔有序有机硅材料的制备
在3000份的去离子水中，溶解50份的十六烷基溴化铵和2份的氨水，350 rpm磁力搅拌并升温至80 oC，得到溶剂A；将步骤一所制得的双硅烷化吡啶二甲亚胺溶解在500份的乙酸乙酯中，并缓慢滴加到溶液A中；滴加完毕后，保持在90 oC下反应4 h，停止搅拌，温度降至85 oC，静置陈化25 h，过滤，滤渣，再用150份的去离子水和150份的无水乙醇先后冲洗4次，然后至于真空干燥箱中55 oC 干燥7 h，得到含吡啶二甲亚胺介孔有序有机硅材料。
步骤三模板剂的去除
将步骤二所得含吡啶二甲亚胺介孔有序有机硅材料的固体分散于1000份盐酸-乙醇溶液中，回流提取8 h，过滤，滤渣，再用150份的去离子水和150份的无水乙醇先后冲洗4次，然后至于真空干燥箱中55 oC 干燥6 h，得到含有吡啶二甲亚胺的介孔周期有序有机硅材料，在盐酸-乙醇溶液中，盐酸体积浓度为1.5 %。
实施例四
步骤一双硅烷化吡啶二甲亚胺的制备
将市售100份的吡啶二甲醛溶解于1500份的无水乙醇中，加入200份的氨丙基三乙氧基硅烷，室温下，300rpm磁力搅拌5 h，反应结束后，减压蒸干溶剂，得双硅烷化吡啶二甲亚胺，其分子结构式如下：
Figure 470971DEST_PATH_IMAGE003
。
步骤二含吡啶二甲亚胺介孔有序有机硅材料的制备
在1500份的去离子水中，溶解35份的十八烷基溴化铵和2份的三乙胺，250 rpm磁力搅拌并升温至65 oC，得到溶液A；将步骤一所制得的双硅烷化吡啶二甲亚胺溶解在350份的乙酸乙酯中，并缓慢滴加到溶液A中；滴加完毕后，保持在65 oC下反应9h，停止搅拌，升温至75 oC，静置陈化23 h，过滤，滤渣，再用150份的去离子水和150份的无水乙醇先后冲洗3次，然后至于真空干燥箱中45 oC 干燥6 h，得到含吡啶二甲亚胺介孔有序有机硅材料。
步骤三模板剂的去除
将步骤二所得含吡啶二甲亚胺介孔有序有机硅材料的固体分散于1000份的盐酸-乙醇溶液中，回流提取6h，过滤，滤渣用去150份的去离子水和150份的无水乙醇先后冲洗3次，然后至于真空干燥箱中55 oC 干燥6 h，得到含有吡啶二甲亚胺的介孔周期有序有机硅材料，在盐酸-乙醇溶液中，盐酸体积浓度为1 %。
实施例五
步骤一双硅烷化吡啶二甲亚胺的制备
将市售100份的吡啶二甲醛溶解于1500份的无水乙醇中，加入200份的氨丙基三乙氧基硅烷，室温下，400rpm磁力搅拌2 h，反应结束后，减压蒸干溶剂，得双硅烷化吡啶二甲亚胺，其分子结构式如下：
Figure 114442DEST_PATH_IMAGE002
步骤二含吡啶二甲亚胺介孔有序有机硅材料的制备
在3000份的去离子水中，溶解50份的十八烷基溴化铵和2份的氢氧化钠，200 rpm磁力搅拌并升温至60 oC，得到溶液A，将步骤一所制得的双硅烷化吡啶二甲亚胺溶解在500份的乙酸乙酯中，并缓慢滴加到溶液A中；滴加完毕后，保持在80 oC下反应10 h，停止搅拌，温度保持在80 oC，静置陈化24 h，过滤，滤渣，再用150份的去离子水和150份的无水乙醇先后冲洗4次，然后至于真空干燥箱中45 oC 干燥7h，得到含吡啶二甲亚胺介孔有序有机硅材料。
步骤三模板剂的去除
将步骤二所得含吡啶二甲亚胺介孔有序有机硅材料的固体分散于1000份盐酸-乙醇溶液中，回流提取8 h，过滤，滤渣，再用150份的去离子水和150份的无水乙醇先后冲洗3次，然后至于真空干燥箱中50 oC 干燥6 h，得到含有吡啶二甲亚胺的介孔周期有序有机硅材料，在盐酸-乙醇溶液中，盐酸体积浓度为1.1 %。
实施例六
步骤一双硅烷化吡啶二甲亚胺的制备
将市售100份的吡啶二甲醛溶解于1500份的无水乙醇中，加入200份的氨丙基三乙氧基硅烷，室温下，100 rpm磁力搅拌8h，反应结束后，减压蒸干溶剂，得双硅烷化吡啶二甲亚胺，其分子结构式如下：
Figure 387292DEST_PATH_IMAGE003
。
步骤二含吡啶二甲亚胺介孔有序有机硅材料的制备
在1500份的去离子水中，溶解45份的十八烷基溴化铵和2份的氨水，100 rpm磁力搅拌并升温至70 oC，得到溶液A；将步骤一所制得的双硅烷化吡啶二甲亚胺溶解在400份的乙酸乙酯中，并缓慢滴加到溶液A中；滴加完毕后，保持在55 oC下反应12 h，停止搅拌，升温至75 oC，静置陈化24 h，过滤，滤渣，再用150份的去离子水和150份的无水乙醇先后冲洗2次，然后至于真空干燥箱中50 oC 干燥6 h，得到含吡啶二甲亚胺介孔有序有机硅材料。
步骤三模板剂的去除
将步骤二所得的含吡啶二甲亚胺介孔有序有机硅材料固体分散于1000份的盐酸-乙醇溶液中，回流提取7 h，过滤，滤渣，再用150份的去离子水和150份的无水乙醇先后冲洗3次，然后至于真空干燥箱中50 oC 干燥6 h，得到含有吡啶二甲亚胺的介孔周期有序有机硅材料，在盐酸-乙醇溶液中，盐酸体积浓度为0.9 %。
将实施一至实施六所制得含吡啶二甲亚胺介孔周期有序有机硅材料分别做氮气吸附解析实验、固态核磁硅谱、小角XRD衍射测试。
如图1、图2及图4所示，证明其介孔有序结构成功构建。
如图3所示，所制得得介孔材料只存在一种硅信号（Q3），说明含吡啶二甲亚胺得双硅氧烷在制备条件下以统一得方式进行水解缩合制成介孔有序有机硅材料。
所制得的介孔有序有机硅材料具有表面粗糙有孔道开口的尺寸较为均一的球状颗粒表观形貌。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种含有吡啶二甲亚胺的介孔周期有序有机硅材料，其特征在于：其是将双硅烷化的吡啶二甲亚胺为前驱体，以十六烷基溴化铵为模板剂，在弱碱性条件下水解缩合职称骨架中含有吡啶二甲亚胺的介孔周期有序有机硅材料；所述的双硅烷化的吡啶二甲亚胺的结构式如下：
Figure 71163DEST_PATH_IMAGE001
。
2.根据权利要求1所述的含有吡啶二甲亚胺的介孔周期有序有机硅材料的制备方法，其特征在于包含以下步骤：
步骤一 双硅烷化吡啶二甲亚胺的制备
将市售100份的吡啶二甲醛溶解于1500份的无水乙醇中，加入200份的氨丙基三乙氧基硅烷，在室温下，100-400 rpm的磁力搅拌2-8 h ，反应结束后，减压蒸干无水乙醇，得双硅烷化的吡啶二甲亚胺；
步骤二 含吡啶二甲亚胺的介孔有序有机硅材料的制备
在1000-3000份的去离子水中，溶解10-50份的阳离子型季铵盐表面活性剂和2份碱，100~400 rpm磁力搅拌并升温至40-80 oC，得到溶剂A；将步骤一所制得的双硅烷化吡啶二甲亚胺溶解在100-500份的乙酸乙酯中，并缓慢滴加到溶液A中，滴加完毕后，保持在40-90oC下反应3-16 h， 停止搅拌，升温至75-85 oC，静置陈化23-25 h，过滤，滤渣，再用150份的去离子水和150份的无水乙醇先后冲洗2-4次，然后至于真空干燥箱中45-55oC 干燥5-7 h，得到含吡啶二甲亚胺的介孔有序有机硅材料；
步骤三 模板剂的去除
将步骤二所得含吡啶二甲亚胺的介孔有序有机硅材料的固体分散于1000 份的盐酸-乙醇溶液中，回流提取6-8 h，过滤，滤渣，再用150份的去离子水和150份的无水乙醇先后冲洗2-4次，然后至于真空干燥箱中45-55oC干燥5-7 h，得到含有吡啶二甲亚胺的介孔周期有序有机硅材料，在盐酸-乙醇溶液中，盐酸体积浓度为0.8-1.5 %。
3.根据权利要求2所述的含有吡啶二甲亚胺的介孔周期有序有机硅材料的制备方法，其特征在于所述的阳离子型季铵盐表面活性剂是十六烷基溴化铵、十六烷基氯化铵、十八烷基溴化铵、十八烷基氯化铵中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的含有吡啶二甲亚胺的介孔周期有序有机硅材料的制备方法，其特征在于所述的碱是氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、三乙胺中至少一种。
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