一种表面接枝聚乙烯基己内酰胺的二氧化钛纳米粒子及其制备方法技术

一种表面接枝聚乙烯基己内酰胺的二氧化钛纳米粒子及其制备方法，本发明专利技术涉及一种二氧化钛纳米粒子及其制备方法。本发明专利技术的目的是为了解决现有纳米TiO2使用后难移除的问题。本发明专利技术一种表面接枝聚乙烯基己内酰胺的二氧化钛纳米粒子是由具有双键的TiO2粒子、原位聚合溶剂、引发剂、乙烯基己内酰胺单体和分子量控制剂制成；方法：一、采用偶联剂对TiO2粒子进行表面改性，使其具备双键，然后分散在适当的溶剂中；二、加入引发剂、单体、分子量控制剂，以原位聚合的方式完成。本发明专利技术制备的粒子的亲-憎水转变温度可以调节，有利于二氧化钛纳米粒子的提取。本发明专利技术应用于催化剂循环使用、重金属离子吸附、水处理剂回收和生物医用材料领域。

【技术实现步骤摘要】
一种表面接枝聚乙烯基己内酰胺的二氧化钛纳米粒子及其制备方法
本专利技术涉及一种二氧化钛纳米粒子及其制备方法。
技术介绍
二氧化钛(TiO2)是一种化学稳定性好、无毒、价廉的半导体材料。二氧化钛纳米粒子易于制备，吸附性好。纳米TiO2具有十分宝贵的光学性质，在汽车工业及诸多领域都显示出美好的发展前景。纳米TiO2还具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒性、超亲水性、非迁移性，且完全可以与食品接触，所以被广泛应用于抗紫外材料、纺织、光催化触媒、自洁玻璃、防晒霜、涂料、油墨、食品包装材料、造纸工业、航天工业中、锂电池中。TiO2在光线中紫外线的作用下长久杀菌。实验证明，以0.1mg/cm3浓度的锐钛型纳米TiO2可彻底地杀死恶性海拉细胞，而且随着超氧化物歧化酶(SOD)添加量的增多，TiO2光催化杀死癌细胞的效率也提高。对枯草杆菌黑色变种芽孢、绿脓杆菌、大肠杆菌、金色葡萄球菌、沙门氏菌、牙枝菌和曲霉的杀灭率均达到98％以上；用TiO2光催化氧化深度处理自来水，可大大减少水中的细菌数，饮用后无致突变作用，达到安全饮用水的标准；在涂料中添加纳米TiO2可以制造出杀菌、防污、除臭、自洁的抗菌防污涂料，应用于医院病房、手术室及家庭卫生间等细菌密集、易繁殖的场所，可净化空气、防止感染、除臭除味。能够有效杀灭等等有害细菌。纳米TiO2既能吸收紫外线，又能反射、散射紫外线，还能透过可见光，是性能优越、极有发展前途的物理屏蔽型的紫外线防护剂。纳米二氧化钛由于粒径小，活性大，既能反射、散射紫外线，又能吸收紫外线，从而对紫外线有更强的阻隔能力。利用纳米TiO2的透明性和紫外线吸收能力还可用作食品包装膜、油墨、涂料、纺织制品和塑料填充剂，可以替代有机紫外线吸收剂，用于涂料中可提高涂料耐老化能力。研究结果发现，在日光或灯光中紫外线的作用下使TiO2激活并生成具有高催化活性的游离基，能产生很强的光氧化及还原能力，可催化、光解附着于物体表面的各种甲醛等有机物及部分无机物。能够起到净化室内空气的功能。由此可见，TiO2在光催化、重金属吸附与离子还原方面具有较大的优势，但纳米级的二氧化钛很难从水中分离出来，粒径越小越难分离，因此处理后体系中二氧化钛纳米的移除是一个棘手的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有纳米TiO2使用后难移除的问题，提供一种表面接枝聚乙烯基己内酰胺的二氧化钛纳米粒子及其制备方法。本专利技术一种表面接枝聚乙烯基己内酰胺的二氧化钛纳米粒子是由具有双键的TiO2粒子、原位聚合溶剂、引发剂、乙烯基己内酰胺单体和分子量控制剂制成；其中原位聚合溶剂是二甲亚砜、四氢呋喃、二氧六环、甲醇、乙醇和环丙醇中的一种或几种按任意比混合的混合物；乙烯基己内酰胺单体与原位聚合溶剂的质量体积比为1g：5mL；乙烯基己内酰胺单体、具有双键的TiO2粒子和引发剂的质量比为1：(0.01～1)：(0.001～0.04)，分子量控制剂的加入量为乙烯基己内酰胺单体的质量的0～0.01％。本专利技术一种表面接枝聚乙烯基己内酰胺的二氧化钛纳米粒子的制备方法，是按下述步骤进行的：一、将TiO2粒子分散于无水乙醇中，然后加入三乙醇胺，超声分散，得到TiO2粒子分散液；将偶联剂和去离子水混合后搅拌5min，然后加入TiO2粒子分散液中，再调节pH值为10，然后在65℃条件下反应12h，再以6000r/min速度离心15～20min分离，取固相物，50℃烘干，得到具有双键的TiO2粒子；其中TiO2粒子与无水乙醇、三乙醇胺的质量体积比为1g：0.1mL：50mL，TiO2粒子与偶联剂的质量摩尔比为1g：(0.1～4mmol)，偶联剂和水的体积比为1：(1.5～1.6)；二、取步骤一所得具有双键的TiO2粒子，分散于原位聚合溶剂中，然后加入引发剂、乙烯基己内酰胺单体、分子量控制剂，在70～80℃的条件下水浴反应3～16h，然后将反应产物分散于无水乙醇，静置10h，去除沉淀，然后以7000r/min速度离心15～20min，去上清，即完成，其中原位聚合溶剂是二甲亚砜、四氢呋喃、二氧六环、甲醇、乙醇、氯仿和异丙醇中的一种或几种按任意比混合的混合物；乙烯基己内酰胺单体与原位聚合溶剂的质量体积比为1g：(4～6)mL；乙烯基己内酰胺单体、具有双键的TiO2粒子和引发剂的质量比为1：(0.01～1)：(0.001～0.04)，分子量控制剂的加入量为乙烯基己内酰胺单体的质量的0～0.01％。聚乙烯己内酰胺(PVCL)是一种温度敏感型的聚合物，其与水存在低共溶温度(LCST，lowercriticalsolutiontemperature)，当温度低于LCST时PVCL溶解于水，当温度高于LCST时，PVCL自水中析出。由温敏材料对有催化性能的功能粒子进行包覆或接枝，可以实现粒子功能的“开-关”，可以在温度控制下实现粒子在水-油两相中的转移。本专利技术所使用的乙烯基己内酰胺单体的双键直接连接在酰胺基的N原子上，使得单体的反应活性很低。此单体聚合所得聚合物的响应温度(VPTT)，一定范围内与聚合度有关，聚合度越高，VPTT点越低。在本实施方式所选的原位聚合溶剂中，乙烯基己内酰胺可以达到较高聚合度，聚合度与反应时间、引发剂与单体的比例存在一定对应关系。本专利技术制备的表面接枝聚乙烯基己内酰胺的二氧化钛纳米粒子的亲-憎水转变温度可以调节；调节转变温度的方法简单；转变温度的值可以在25℃～80℃范围的任意值；粒子转变为憎水时，可以自发吸附于非极性材料表面；粒子转变为亲水时，可以自非极性表面重新溶解于水，这样就有利于二氧化钛纳米粒子的提取。该粒子在催化剂循环使用、重金属离子吸附、水处理剂回收、生物医用材料等领域有潜在的应用价值。附图说明图1是实施例一表面改性前后二氧化钛FT-IR谱图的变化图；其中a为TiO2粒子，b为具有双键的TiO2粒子；图2是实施例一步骤二原位聚合前后二氧化钛FT-IR谱图的变化图；图3是实施例一中TiO2粒子的SEM照片；图4是实施例一中具有双键的TiO2粒子的SEM照片；图5是实施例一中表面接枝聚乙烯基己内酰胺的二氧化钛纳米粒子的SEM照片；图6是温度作用下实施例一制备的表面接枝聚乙烯基己内酰胺的二氧化钛纳米粒子的相转变；图7是温度作用下表面接枝聚乙烯基己内酰胺的二氧化钛纳米粒子回收循环使用示意图。具体实施方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。具体实施方式一：本实施方式一种表面接枝聚乙烯基己内酰胺的二氧化钛纳米粒子是由具有双键的TiO2粒子、原位聚合溶剂、引发剂、乙烯基己内酰胺单体和分子量控制剂制成；其中原位聚合溶剂是二甲亚砜、四氢呋喃、二氧六环、甲醇、乙醇和环丙醇中的一种或几种按任意比混合的混合物；乙烯基己内酰胺单体与原位聚合溶剂的质量体积比为1g：5mL；乙烯基己内酰胺单体、具有双键的TiO2粒子和引发剂的质量比为1：(0.01～1)：(0.001～0.04)，分子量控制剂的加入量为乙烯基己内酰胺单体的质量的0～0.01％。聚乙烯己内酰胺(PVCL)是一种温度敏感型的聚合物，其与水存在低共溶温度(LCST，lowercriticalsolutiontemperature)，当温度低于LCST时PVCL溶解于水，当温度高于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面接枝聚乙烯基己内酰胺的二氧化钛纳米粒子，其特征在于它是由具有双键的TiO2粒子、原位聚合溶剂、引发剂、乙烯基己内酰胺单体和分子量控制剂制成；其中原位聚合溶剂是二甲亚砜、四氢呋喃、二氧六环、甲醇、乙醇和环丙醇中的一种或几种按任意比混合的混合物；乙烯基己内酰胺单体与原位聚合溶剂的质量体积比为1g：5mL；乙烯基己内酰胺单体、具有双键的TiO2粒子和引发剂的质量比为1：(0.01～1)：(0.001～0.04)，分子量控制剂的加入量为乙烯基己内酰胺单体的质量的0～0.01％。

【技术特征摘要】
1.一种表面接枝聚乙烯基己内酰胺的二氧化钛纳米粒子，其特征在于它是由具有双键的TiO2粒子、原位聚合溶剂、引发剂、乙烯基己内酰胺单体和分子量控制剂制成；其中原位聚合溶剂是二甲亚砜、四氢呋喃、二氧六环、甲醇、乙醇、氯仿和异丙醇中的一种或几种按任意比混合的混合物；乙烯基己内酰胺单体与原位聚合溶剂的质量体积比为1g：5mL；乙烯基己内酰胺单体、具有双键的TiO2粒子和引发剂的质量比为1：(0.01～1)：(0.001～0.04)，分子量控制剂的加入量为乙烯基己内酰胺单体的质量的0～0.01％。2.根据权利要求1所述的一种表面接枝聚乙烯基己内酰胺的二氧化钛纳米粒子，其特征在于所述的引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异戊腈、偶氮二异庚腈、偶氮异丁氰基甲酰胺、偶氮二环己基甲腈、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁基脒盐酸盐和偶氮二氰基戊酸中的一种或几种按任意比组成的混合物。3.根据权利要求1所述的一种表面接枝聚乙烯基己内酰胺的二氧化钛纳米粒子，其特征在于所述的分子量控制剂为乙酰丙酮钴或乙基黄原酸钾。4.制备权利要求1所述的表面接枝聚乙烯基己内酰胺的二氧化钛纳米粒子的方法，其特征在于它是按下述步骤进行的：一、将TiO2粒子分散于无水乙醇中，然后加入三乙醇胺，超声分散，得到TiO2粒子分散液；将偶联剂和去离子水混合后搅拌5min，然后加入TiO2粒子分散液中，再调节pH值为10，然后在65℃条件下反应12h，再以6000r/min速度离心15～20min分离，取固相物，50℃烘干，得到具有双键的TiO2粒子；其中TiO2粒子与无水乙醇、三乙醇胺的质量体积比为1g：0.1mL：50mL，TiO2粒子与偶联剂的质量摩尔比为1g：(0.1～4mmol)，偶联剂和水的体积比为1：(1.5～1.6)；二、取步骤一所得具有双键的TiO2粒子，分散于原位聚合溶剂中，然后加入引发剂、乙烯基己内酰胺单体、分子量控制剂，在70～80℃的条件下水浴反应3...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐冬雁，于在乾，冯茜，吕海涛，王旗栋，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23