CN1903712A - 一种杯芳烃基纳米功能材料的制备方法 - Google Patents

一种杯芳烃基纳米功能材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种杯芳烃基纳米功能材料的制备方法，将表面含有酰氯基官能团的纳米碳粒子超声分散在含有杯芳烃的乙腈溶液中，在90～96℃下搅拌反应2～8小时；离心分离出纳米粒子，用乙腈洗涤，在恒温50～60℃下真空干燥24～48小时，得到杯芳烃基纳米功能材料。本发明采用表面含有酰氯基官能团的纳米碳粒子与杯芳烃化学反应，使纳米粒子表面杯芳烃基官能化，从而制备出具有高选择性和吸附容量的杯芳烃基纳米功能材料。本发明方法制备的杯芳烃基纳米功能材料对碱金属离子和过渡金属离子有较高的吸附容量，并且在不同酸度条件下可选择吸附不同金属离子，适用于液相色谱分离。

Description

一种杯芳烃基纳米功能材料的制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料领域，尤其涉及一种杯芳烃基纳米功能材料的制备方法。
背景技术
高分子载体负载活性基团具有独特的光学、电子或催化特性，被广泛应用于材料科学和分子生物技术等高新技术领域。随着科学技术的发展，要求高分子载体具有高选择性、易接近性和高催化活性。纳米材料的出现为高分子科学技术的发展提供了新的契机。纳米微粒和枝状高分子是应用广泛的新型高分子载体，已成为纳米技术的重要组成之一。杯芳烃是一类由对位取代苯酚与甲醛缩合而成的环状低聚体，通过改变杯芳烃的空腔大小和对杯芳烃进行各种选择性官能化，可以获得多种对碱金属离子、过渡金属离子、重金属离子等具有独特吸附作用的高度选择性的主体。通过杯芳烃共价键键合纳米粒子表面的方法用于实现纳米粒子官能化的方法很少报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种杯芳烃基纳米功能材料的制备方法。
本发明的另一目的在于提供一种表面含有酰氯基官能团的纳米碳粒子的制备方法。
本发明采用表面含有酰氯基官能团的纳米碳粒子与杯芳烃化学反应，使纳米粒子表面杯芳烃基官能化，从而制备出具有高选择性和吸附容量的杯芳烃基纳米功能材料，该杯芳烃基纳米功能材料适用于液相色谱分离。
本发明的杯芳烃基纳米功能材料的制备方法步骤如下：
步骤一：将表面含有酰氯基官能团的纳米碳粒子超声分散在含有杯芳烃的乙腈溶液中，在90～96℃下搅拌反应2～8小时；
步骤二：离心分离出纳米粒子，用乙腈洗涤，在恒温50～60℃下真空干燥24～48小时，得到杯芳烃基纳米功能材料；
所述含有杯芳烃的乙腈溶液中杯芳烃的浓度为：0.1～0.3％；
所述表面含有酰氯基官能团的纳米碳粒子与含有杯芳烃的乙腈溶液的固液比为1∶50～1∶500克/毫升。
所述杯芳烃是杯[4]芳烃、杯[6]芳烃或杯[8]芳烃。
上述方法中使用的表面含有酰氯基官能团的纳米碳粒子可通过以下方法制备得到：
(1)将纳米碳粒子超声分散在含有氰尿酰氯的无水有机溶剂中，在10～15℃下搅拌反应24～48小时；
(2)离心分离出纳米碳粒子，用步骤(1)中的无水有机溶剂洗涤，在恒温15℃下真空干燥24～48小时，得到表面含有酰氯基官能团的纳米碳粒子；
所述含有氰尿酰氯的无水有机溶剂中氰尿酰氯的质量百分比浓度为：0.5～45.0％；
所述的纳米碳粒子与含有氰尿酰氯的无水有机溶剂的固液比为1∶50～1∶500克/毫升。
所述无水有机溶剂为甲苯、乙醚或丙酮。
本发明方法制备的杯芳烃基纳米功能材料的粒径可采用透射电子显微镜测定，表面的功能团可采用红外光谱法确定，吸附容量可采用ICP-原子发射光谱法测定。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
本发明方法制备的杯芳烃基纳米功能材料对碱金属离子和过渡金属离子有较高的吸附容量，并且在不同酸度条件下可选择吸附不同金属离子，故本发明具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明方法制备的杯[6]芳烃基纳米功能材料的透射电子显微镜照片。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例和附图对本发明作进一步地描述，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1
将0.1g纳米碳粒子超声分散在5mL质量百分比浓度为45.0％的氰尿酰氯的甲苯溶液中，在15℃下搅拌反应24小时，离心分离出纳米碳粒子，用甲苯洗涤，在恒温15℃下真空干燥24小时，得到表面具有酰氯基官能团的纳米碳粒子。
将0.1g上述制得的表面含酰氯基官能团的纳米碳粒子超声分散在5mL含有0.3％杯[6]芳烃的乙腈溶液中，在96℃下搅拌反应2小时，离心分离出纳米粒子，用乙腈洗涤，在恒温50℃下真空干燥48小时，得到所需的杯[6]芳烃基纳米功能材料。
上述方法制备的杯芳烃基纳米功能材料的粒径采用透射电子显微镜测定，其结果如图1所示。图1结果表明杯[6]芳烃基纳米功能材料的粒径为4～6nm。
实施例2
将0.1g纳米碳粒子超声分散在50mL质量百分比浓度为0.5％的氰尿酰氯的丙酮溶液中，在10℃下搅拌反应48小时，离心分离出纳米碳粒子，用丙酮洗涤，在恒温15℃下真空干燥36小时，得到表面具有酰氯基官能团的纳米碳粒子。
将0.1g上述制得的表面含酰氯基官能团的纳米碳粒子超声分散在20mL含有0.1％杯[8]芳烃的乙腈溶液中，在90℃下搅拌反应8小时，离心分离出纳米粒子，用乙腈洗涤，在恒温55℃真空干燥35小时，得到所需的杯[8]芳烃基纳米功能材料。
上述方法制备的杯芳烃基纳米功能材料表面的功能团采用红外光谱法测定，其红外光谱结果显示：2961.5cm-1、2929.4cm-1和2847.1cm-1等吸收峰为饱和CH的伸缩振动吸收峰；1599.2cm-1、1577.6cm-1和1487.6cm-1等吸收峰为苯环骨架振动吸收峰；1477.9cm-1和1384.9cm-1等吸收峰为CH2和CH3弯曲振动峰；809.9cm-1吸收峰为对苯二取代峰特征吸收峰。结果与杯[8]芳烃和纳米碳的红外光谱图相比，可得出在纳米粒子的表面具有杯[8]芳烃功能团。
实施例3
将0.1g纳米碳粒子超声分散在20mL质量百分比浓度为10％的氰尿酰氯的乙醚溶液中，在12℃下搅拌反应38小时，离心分离出纳米碳粒子，用乙醚洗涤，在恒温15℃真空干燥48小时，得到表面具有酰氯基官能团的纳米碳粒子。
将0.1g上述制得的表面含酰氯基官能团的纳米碳粒子超声分散在15mL含有0.2％杯[4]芳烃的乙腈溶液中，在93℃下搅拌反应6小时，离心分离出纳米粒子，用乙腈洗涤，在恒温60℃真空干燥24小时，得到所需的杯[4]芳烃基纳米功能材料。
所得到的杯[4]芳烃基纳米功能材料的吸附容量的测定：选用Na+、K+、Cs+、Co2+、Cu2+、Zn2+和Ni2+测定，实验方法如下：分别用50mL，0.1M的Na+、K+、Cs+、Co2+、Cu2+、Zn2+和Ni2+溶液平衡0.1g杯[4]芳烃基纳米功能材料15分钟，过滤吸附金属离子的杯[4]芳烃基纳米功能材料，并用无离子水洗涤两次。滤液和洗涤液回收于250mL容量瓶，并用无离子水稀释至刻度。未配合的金属离子采用ICP-原子发射光谱法测定。通过计算未配合金属离子的量可推算出杯[4]芳烃基纳米功能材料的吸附容量( mmol/g)，其结果如表1所示：
                                 表1.杯芳烃基纳米功能材料对离子的吸附容量
  名称   Na+   K+   Cs+   Co2+   Cu2+   Zn2+   Ni2+
  纳米碳   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01   0.021
  杯[4]芳烃基纳米功能材料   0.186   0.163   0.130   0.166   0.251   0.14   0.17
表1说明杯芳烃基纳米功能材料对碱金属离子和过渡金属离子有较高的吸附容量。

Claims (4)

1.一种杯芳烃基纳米功能材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤一：将表面含有酰氯基官能团的纳米碳粒子超声分散在含有杯芳烃的乙腈溶液中，在90～96℃下搅拌反应2～8小时；
步骤二：离心分离出纳米粒子，用乙腈洗涤，在恒温50～60℃下真空干燥24～48小时，得到杯芳烃基纳米功能材料；
所述含有杯芳烃的乙腈溶液中杯芳烃的浓度为：0.1～0.3％；
所述表面含有酰氯基官能团的纳米碳粒子与含有杯芳烃的乙腈溶液的固液比为1∶50～1∶500克/毫升。
2.根据权利要求1所述的杯芳烃基纳米功能材料的制备方法，其特征在于所述杯芳烃是杯[4]芳烃、杯[6]芳烃或杯[8]芳烃。
3.根据权利要求1所述的杯芳烃基纳米功能材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的表面含有酰氯基官能团的纳米碳粒子制备方法如下：
(1)将纳米碳粒子超声分散在含有氰尿酰氯的无水有机溶剂中，在10～15℃下搅拌反应24～48小时；
(2)离心分离出纳米碳粒子，用步骤(1)中的无水有机溶剂洗涤，在恒温15℃下真空干燥24～48小时，得到表面含有酰氯基官能团的纳米碳粒子；
所述含有氰尿酰氯的无水有机溶剂中氰尿酰氯的质量百分比浓度为：0.5～45.0％；
所述的纳米碳粒子与含有氰尿酰氯的无水有机溶剂的固液比为1∶50～1∶500克/毫升。
4.根据权利要求3所述的杯芳烃基纳米功能材料的制备方法，其特征在于所述无水有机溶剂为甲苯、乙醚或丙酮。
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