一种SiO2整体块材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于纳米多孔材料的制备及应用领域，具体涉及一种SiO2整体块材料及其制备方法和应用。本发明专利技术采用水热调节对SiO2凝胶整体块进行处理，在保持SiO2凝胶整体块中大孔结构不被破坏的基础上，SiO2凝胶整体的有序介孔孔道的孔径可以被有效的扩大了4nm左右。将本发明专利技术制备所得的SiO2整体块材料作为固定酶载体，具有结构稳定，实际操作方便简单，便于器件化，固定酶使用/收回/利用方便等优点，且由于SiO2整体块材料中分级孔结构的存在，大孔结构较完整，介孔孔径较大，有利于提高酶反应过程中反应物质的传输与扩散，提高酶促反应速率，实现快速检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米多孔材料的制备及应用领域，具体涉及一种SiO2整体块材料及其制备方法和应用。
技术介绍
介孔SiO2材料由于具有高的比表面积、较大的孔容、窄的孔径分布、介孔孔径可调节等优点，可以广泛应用在分离、吸附、催化、传感、药物释放等领域。自1992年Mobil公司的Kresge等首次制备出具有有序介孔结构的MCM-41分子筛以来，这种材料由于具有有序的介孔孔道、窄的孔径分布、较厚的壁厚和高的结构稳定性等优异的特性，引起了研究者们的大量关注。此后用其他反应条件和模板剂制备介孔SiO2材料得到迅速发展，最常见的有MCM-n、MSU-n和FDU-n等系列介孔二氧化硅材料。介孔SiO2作为良好的生物相容性的固定酶载体，其巨大的比表面积以及和酶分子尺度相当的介孔，能为酶分子提供一个良好的负载与催化环境同时也有助于物质的传递与扩散，此外介孔SiO2的结构稳定，且形貌控制、孔径和孔型调节、表面官能团修饰以及与其他物质结构的复合都比较简单且可行。1996年Diaz和Balkus首次报道用这种有序孔道的MCM-41分子筛来固定酶，之后用介孔SiO2固定酶成为酶固定化领域里面蓬勃发展的方向。如采用不同的结构如介孔薄膜、介孔小球、空心球壳、介孔整体块等，采用不同的孔型如二维六方孔道结构、三维笼状孔结构、泡沫介孔和蠕虫状孔等，以及加入高分子聚合物的层层封装、有机官能团化学修饰和掺入纳米金属颗粒等。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，目的在于提供一种SiO2整体块材料及其制备方法和应用。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种SiO2整体块材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将P123(聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物)和1,3,5-三甲基苯
溶解在HNO3溶液里，加入适量四甲氧基硅烷，得到SiO2的前驱体溶胶，将溶胶封装，再进行凝胶化并老化，得到SiO2凝胶整体块；(2)将SiO2凝胶整体块表面残留的HNO3漂洗干净，然后将SiO2凝胶整体块浸泡在水或低浓度的氨水溶液中，置于反应釜内进行水热调节；(3)水热调节后，用去离子水将SiO2凝胶整体块漂洗干净，然后置于室温干燥一段时间，随后真空干燥一段时间，直至完全被干燥；(4)通过焙烧除去模板剂，焙烧后得到结构完整的白色SiO2整体块材料。上述方案中，步骤(1)所述P123、1,3,5-三甲基苯和四甲氧基硅烷的质量比1：0.15：1.3。上述方案中，步骤(2)所述水热调节的温度为120℃～130℃，水热调节的时间为6～24h。上述方案中，步骤(3)所述室温干燥的时间为12h～24h，所述真空干燥的时间为12h～24h。上述方案中，所述焙烧的工艺为：从室温以1℃/min升温速率升温，300℃和400℃下各保温1h，500℃下保温4h。上述制备方法制备得到的SiO2整体块材料，所述SiO2整体块材料上分布着均匀的微米尺度的大孔和规则的介孔阵列，所述介孔的孔径为5.4～9.5nm。上述制备方法制备得到的SiO2整体块材料在固化葡萄糖氧化酶方面的应用。本专利技术的有益效果：一般当SiO2凝胶整体块成型后，其介孔孔径将难以被改变，本专利技术中制备所得SiO2凝胶整体块的大孔孔壁较厚，采用后续的水热调节对SiO2凝胶整体块进行处理后，在保持SiO2凝胶整体块中大孔结构不被破坏的基础上，SiO2凝胶整体块的有序介孔孔道的孔径可以被有效的扩大了4nm左右。将本专利技术制备所得的SiO2整体块材料作为固定酶载体，特别是用于固定葡糖糖氧化酶，具有结构稳定，实际操作方便简单，便于器件化，固定酶使用/收回/利用方便等优点，且由于SiO2整体块材料中分级孔结构的存在，大孔结构较完整，介孔孔径较大，有利于提高酶反应过程中反应物质的传输与扩散，提高酶促反应速率，实现快速检测。附图说明图1为本专利技术所述SiO2整体块材料的实物图。图2为本专利技术所述SiO2整体块材料的电镜图，(a)为扫描电镜图，(b)为透射电镜图。图3为本专利技术所述SiO2整体块材料的小角X射线衍射图。图4为本专利技术所述SiO2整体块材料的压汞仪孔分布图。图5为本专利技术所述SiO2整体块材料的N2等温吸附脱附曲线及孔径分布图。图6为本专利技术中水热处理不同时间所得SiO2整体块材料的N2等温吸附脱附曲线。图7为本专利技术中水热处理不同时间所得SiO2整体块材料的孔径分布图。图8为本专利技术中葡萄糖浓度与吸光值的线性曲线。图9为本专利技术中加入葡萄糖前后溶液的吸光曲线变化图。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1一种SiO2整体块材料，通过如下方法制备得到：(1)将1g P123(聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物)和0.15g1,3,5-三甲基苯溶解在HNO3溶液里，加入1.3g四甲氧基硅烷，得到SiO2的前驱体溶胶，将溶胶封装，放入60℃烘箱中凝胶化并老化10h，得到SiO2凝胶整体块；(2)用去离子水将SiO2凝胶整体块表面残留的HNO3漂洗干净，然后将SiO2凝胶整体块浸泡体积约为其10倍的0.01mol/L的氨水中，置于反应釜内在120℃下水热10h；(3)水热调节后，用去离子水将SiO2凝胶整体块漂洗干净，然后置于室温干燥12h，随后在40℃下真空干燥12h，直至完全被干燥；(4)通过焙烧除去模板剂：从室温以1℃/min升温速率升温，在300℃和400℃下各保温1h，在500℃下保温4h，焙烧后得到结构完整的白色SiO2整体块材料。本实施例制备得到的SiO2整体块材料具有较好的机械强度，外观上是整块柱体(实物图件图1)，从图2可以看到，在低倍扫描电镜下可以看到材料整体上分布着均匀的微米尺度的大孔(图a)，在透射电镜下能看到材料大孔壁上是规则的介孔阵列(图b)。小角X射线衍
射图在0.96°、1.58°和1.82°有较强的衍射峰，通过计算可知其衍射晶面与二维六方介孔阵列的(100)、(110)和(200)晶面对应(图3)。通过压汞仪测试，可以看出整体块材料分布着尺寸约为0.2μm的大孔(图4)，通过N2等温吸附-脱附曲线测试，可以看出所述SiO2整体块材料具有典型的Ⅳ型等温吸附曲线和H1型回滞环，说明材料含有尺寸均一的圆筒形介孔，从孔径分布图可以看到，介孔孔径约在7.4nm左右(图5)。实施例2一种SiO2整体块材料，通过如下方法制备得到：(1)将1g P123(聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物)和0.15g 1,3,5-三甲基苯溶解在HNO3溶液里，加入1.3g四甲氧基硅烷，得到SiO2的前驱体溶胶，将溶胶封装，放入60℃烘箱中凝胶化并老化10h，得到SiO2凝胶整体块；(2)用去离子水将SiO2凝胶整体块表面残留的HNO3漂洗干净，然后将SiO2凝胶整体块浸泡体积约为其10倍的水中，置于反应釜内在120℃下水热0h、6h、12h、18h；(3)水热调节后，用去离子水将SiO2凝胶整体块漂洗干净，然后置于室温干燥12h，随后在40℃下真空干燥12h，直至完全被干燥；(4)通过焙烧除去模板剂：从室温以1℃/min升温速率升温，在300℃和400℃下各保温1h，在500℃下保温4h，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SiO2整体块材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将P123和1,3,5‑三甲基苯溶解在HNO3溶液里，加入适量四甲氧基硅烷，得到SiO2的前驱体溶胶，将溶胶封装，再进行凝胶化并老化，得到SiO2凝胶整体块；（2）将SiO2凝胶整体块表面残留的HNO3漂洗干净，然后将SiO2凝胶整体块浸泡在水或低浓度的氨水溶液中，置于反应釜内进行水热调节；（3）水热调节后，用去离子水将SiO2凝胶整体块漂洗干净，然后置于室温干燥一段时间，随后真空干燥一段时间，直至完全被干燥；（4）通过焙烧除去模板剂，焙烧后得到结构完整的白色SiO2整体块材料。

【技术特征摘要】
1.一种SiO2整体块材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将P123和1,3,5-三甲基苯溶解在HNO3溶液里，加入适量四甲氧基硅烷，得到SiO2的前驱体溶胶，将溶胶封装，再进行凝胶化并老化，得到SiO2凝胶整体块；（2）将SiO2凝胶整体块表面残留的HNO3漂洗干净，然后将SiO2凝胶整体块浸泡在水或低浓度的氨水溶液中，置于反应釜内进行水热调节；（3）水热调节后，用去离子水将SiO2凝胶整体块漂洗干净，然后置于室温干燥一段时间，随后真空干燥一段时间，直至完全被干燥；（4）通过焙烧除去模板剂，焙烧后得到结构完整的白色SiO2整体块材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述P123、1,3,5-三甲基苯和四甲氧基硅烷的质量比1：0.1...

【专利技术属性】
技术研发人员：阳晓宇，王永，赵小芳，姚瑶，耿伟，肖洒，李昱，陈丽华，苏宝连，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42