本发明专利技术基于分子设计的原理，采用3-(N，N-二烃基胺丙基)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，形成表面上携带季铵阳离子和水杨醛螯合基团的功能化硅胶。据此，所述功能化硅胶具有了阴阳离子交换特性和选择性螯合吸附重金属离子的特性。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术基于分子设计的原理，采用3-(N，N-二烃基胺丙基)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，形成表面上携带季铵阳离子和水杨醛螯合基团的功能化硅胶。据此，所述功能化硅胶具有了阴阳离子交换特性和选择性螯合吸附重金属离子的特性。【专利说明】
本专利技术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。 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 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Y 3SiR，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 SY3SiR水解反应，与硅胶表面Si-〇H形成牢固的化学键Si-〇-Si￡;R代表特定功能基团，如 氣煙基、乙稀基、环氧基、胺基、疏基或竣基等。常用的有机娃烧偶联剂有相对廉价的氣丙基 烧氧基娃烧偶联剂、环氧基烧氧基娃烧偶联剂、胺丙基烧氧基娃烧偶联剂以及疏基丙基烧 氧基娃烧偶联剂，如3-氯丙基三甲氧基娃烧（3-chloroprophtrialkyloxysilane)、3_(2， 3-环氧丙氧）丙基三甲氧基娃烧（3-glyciddoxypropyltrialkyloxysilane)、3_胺丙基三 甲氧基娃烧（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，本专利技术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。
技术实现思路
本专利技术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： Q -γ- i OR, & a ? Rt〇 r2 通式(I) 其中通式⑴中的@代表硅胶，所述1^和1?2分别选自心?(：12烃基中的一种,r选 自 r、Cr、Br'N03'HS04'CH3C00'CF3C00'BF 4'PF6'SbF6'CF3SCV、C4F 9S(V 或（CF3S02)2N-中 的一种。 本专利技术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 分别称取通式（II)所示结构的叔胺基有机硅偶联剂和5-氯甲基水杨醛分别溶 解在有机溶剂中，制得通式（II)溶液和5-氯甲基水杨醛溶液；控制所述通式（II)溶液温 度至-5?60°C，搅拌下将5-氯甲基水杨醛溶液加入到通式（II)溶液中，反应2?6小时 后，经过过滤、洗涤、干燥，制得通式（III)所示结构的含有季铵阳离子和水杨醛的有机硅 偶联剂，如反应式①所示： ,R2 E2 Ci* (哪 、-5:氣甲基水杨匕 Rt〇,3Si^r〇：CHO 通式(Η) R2 通式（III) 其中步骤一通式（II)和通式（III)中的札和馬分别选自烃基中的一种； 所述叔胺基有机硅偶联剂选自如通式（II)所示结构，所述叔胺基有机硅偶联剂和5-氯甲 基水杨醛的摩尔量比是1 : 1.0?1.5; 所述有机溶剂指的是丙酮、丁酮、1，4_二氧六环、四氢呋喃、乙二醇二甲醚、乙二醇 二乙醚、甲苯、二甲苯、氯苯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸丁酯、氯仿、四氯化碳、1，2-二氯乙 烷、甲基环己烷、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲亚砜或乙腈中的一种或两种 以上，所述有机溶剂用量是通式（II)和5-氯甲基水杨醛质量总和的2?10倍； 步骤二含有季铵阳离子和水杨醛螯合基团的功能化硅胶的制备 分别称取步骤一制得的通式（III)所示结构的含有季铵阳离子和水杨醛的有机 硅偶联剂和活化硅胶分散在溶剂中，控制反应温度在80?150°C，反应时间24?48小时， 结束反应，过滤得固体物质，对所述固体物质进行甲醇索氏提取6小时；将甲醇索氏提取后 的固体物质投入MX甲醇溶液中，室温反应2?6小时后，过滤、洗涤、干燥后，制得含有季铵 阳离子和水杨醛螯合基团的功能化硅胶，如反应式②所示： r2 cr 1^1? c R,〇)3Six^^N^Q[CH0 ||g:.g,,..,,,,,,,p Ri+^^CHO 反应式@ %⑵ MX I 工 通式他） R，° *Λ(Ι)Κ2 ^0H 其中步骤二通式（III)和通式（I)中的@表示硅胶，所述札和馬分别选自Q? c12烃基中的一种； 所述活化硅胶指的是硅胶经过酸溶液煮4?12小时后，过滤、洗涤、干燥后，即制 得活化硅胶，其中所述的酸溶液指的是盐酸溶液、硝酸溶液、甲磺酸溶液或硫酸溶液中的一 种，所述通式（III)和活化硅胶的质量比是〇. 75?3. 5 : 1 ; 所述溶剂指的是环己烷、甲基环己烷、甲苯、氯苯、苯酚、硝基苯、环己酮、丙醇或丁 醇中的一种或两种以上，所述溶剂的用量是通式（III)和活化硅胶质量总和2. 5?5. 5倍； 所述 MX 中的 Μ 选自 K 或 Na，MX 中的 X 选自 F、Cl、Br、N03、HS04、CH3C00、C3F 7C00、 BF4、PF6、SbF6、CF3S03、C 4F9S03 或（CF3S02) 2N 中的一种，所述)Γ 选自 Γ、cr、NO，、HSOp CH3C00' CF3C00' BFp PF6' SbF6' CF3S03' C4F9S(V 本文档来自技高网...
【技术保护点】
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，其特征在于具有通式(I)所示结构：其中通式(I)中的表示硅胶，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。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王明艳，岳夏丹，李京昊，徐茹，吕勇春，张可人，张田林，
申请(专利权)人：淮海工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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