十八碳修饰的有序介孔碳材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及功能化吸附材料领域，提供一种十八碳(C18)修饰的有序介孔碳材料的制备方法，包括如下步骤：1)将十八烷基三甲氧基硅烷加入甲苯溶液中，室温搅拌混匀；2)向上述搅拌后的溶液中加入有序介孔碳材料并超声分散均匀；3)将混合溶液在180℃±5℃下回流24h；4)取出反应后混合液用抽滤装置过滤，洗涤并烘干，即可得到十八碳(C18)修饰的有序介孔碳材料。本申请实施例制得的有序介孔碳材料能够通过碳链间相互作用及疏水作用增强其对有机物的吸附能力，而有序介孔碳具备的纳米孔道能够通过分子尺寸效应排除大分子物质的干扰，从而达到选择性地吸附小分子有机物的目的。

【技术实现步骤摘要】
十八碳修饰的有序介孔碳材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种功能化有序介孔碳的吸附材料的制备方法，具体涉及一种十八烷基三甲氧基硅烷(C18)修饰有序介孔碳的制备方法。
技术介绍
有序介孔材料是上世纪90年代迅速兴起的新型纳米结构材料。有序介孔材料由于其高度有序的孔道，大的比表面积、高的孔隙率、窄的孔径分布、规则的孔结构、可控的孔径大小、较高的热稳定性和化学稳定性以及因其独特结构而表现出的尺寸效应、表面效应、量子限域效应等特性，使它在催化剂载体、储氢材料、电极材料等方面得到重要应用，因此一诞生就得到国际化学、物理、材料与生物等学界的高度重视，并迅速发展成为跨学科的研究热点之-。有序介孔碳是一类新型的非硅基介孔材料。有序介孔碳的均一有序的纳米孔结构使得它具有"尺寸排除"效应，能够吸附小于或等于它的孔径的化合物，并排除大分子的干扰。与纯介孔硅材料相比，有序介孔碳材料表现出特殊的性质，如巨大的比表面积(可高达2500m2/g)和孔体积(可高达2.25cm3/g)、高度有序且可调的孔径、均一的传质能力、低扩散阻力、高吸附容量、良好的生物相容性和耐腐蚀性等。因此常常作为一种优异的吸附材料广泛应用于重金属离子、有机污染物以及生物大分子等的吸附富集与分离。本申请专利技术人在研究中发现，虽然有序介孔碳具有尺寸选择吸附能力，但由于其表面带电荷较多，对疏水性比较强或长碳链类型的化合物的吸附能力较弱，因此限制了其应用。
技术实现思路
本申请实施例提供一种基于十八碳修饰有序介孔碳的新型吸附材料，克服传统有序介孔碳材料对疏水性比较强或长碳链类型的化合物的吸附能力较弱的缺点，增强有序介孔碳材料的吸附能力，扩大了应用范围。本专利技术提供一种十八碳(C18)修饰的有序介孔碳材料的制备方法，包括如下步骤：1)将十八烷基三甲氧基硅烷加入甲苯溶液中，室温搅拌混匀；2)向上述搅拌后的溶液中加入有序介孔碳材料并超声分散均匀；3)将混合溶液在180℃±5℃下回流24h；4)取出反应后混合液用抽滤装置过滤，洗涤并烘干，即可得到十八碳(C18)修饰的有序介孔碳材料。进一步地，所述步骤4)中采用的洗涤剂为甲苯。进一步地，所述步骤4)中的烘干温度为120℃。进一步地，所述十八烷基三甲氧基硅烷在甲苯溶液中的浓度为0.35mmoL/L。进一步地，所述有序介孔碳材料在甲苯溶液中的浓度为10g/L。进一步地，所述十八烷基三甲氧基硅烷与所述有序介孔碳材料的质量比1：15。进一步地，所述步骤2)中的超声温度为25℃，超声时间20min，超声频率40Hz，超声功率600W。另一方面，根据上述方法制得的十八碳(C18)修饰的有序介孔碳材料，应用于疏水性比较强或长碳链类型的化合物的吸附。另一方面，根据上述方法制得的十八碳(C18)修饰的有序介孔碳材料，应用于对人全血中的兴奋剂小分子进行吸附，所述兴奋剂小分子为氨苯蝶啶、群勃龙、睾酮、甲基睾酮、克伦特罗和士的宁六种兴奋剂小分子。另一方面，本专利技术提供一种十八碳(C18)修饰的有序介孔碳材料，所述有序介孔碳材料表面的羟基上的H被十八烷基三甲氧基硅烷的取代。本专利技术所制备的基于十八碳修饰有序介孔碳，通过疏水性作用可以萃取未经修饰有序介孔碳难以吸附的疏水性比较强或长碳链类型的化合物，其选择性更广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1A-1B为本专利技术实施例提供的一种十八碳(C18)修饰的有序介孔碳材料的制备方法所制备的C18-CMK8与CMK8和材料的透射电镜比对图；图2A-2D为本专利技术施例提供的一种十八碳(C18)修饰的有序介孔碳材料的制备方法所制备的C18-CMK8与CMK8吸附材料对人全血中目标分析物的基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOFMS)图谱。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本申请实施例提供一种十八碳(C18)修饰的有序介孔碳材料的制备方法，包括如下步骤：1)将十八烷基三甲氧基硅烷加入甲苯溶液中，室温搅拌混匀，甲苯溶液作为反应溶剂，为反应提供一个高压的环境；2)向上述搅拌后的溶液中加入有序介孔碳材料并超声分散均匀；3)将混合溶液在180℃±5℃下回流24h；4)取出反应后混合液用抽滤装置过滤，洗涤并烘干，即可得到十八碳(C18)修饰的有序介孔碳材料。其中，所述步骤4)中采用的洗涤剂为甲苯，所述甲苯作为洗涤剂，用于除去除未反应的十八烷基三甲氧基硅烷，所述步骤4)中烘干温度为120℃，以除去产物中残留的甲苯。其中，所述十八烷基三甲氧基硅烷在甲苯溶液中的浓度为0.35mmoL/L，所述有序介孔碳材料在甲苯溶液中的浓度为10g/L。其中，所述十八烷基三甲氧基硅烷与所述有序介孔碳材料的质量比1：15。其中，所述步骤2)中的超声温度为25℃，超声时间20min，超声频率40Hz，超声功率600W。在本申请实施例中，使用不同的介孔碳材料，还可以制备具有不同介孔结构和孔径大小的吸附材料，满足不同的实际需求。从图1A和图1B中可以看出，C18-CMK8经修饰后仍维持原有的介孔结构，保证了其在吸附目标分析物过程中发挥"尺寸排除"效应，去除大分子的干扰。本专利技术所制备的基于十八碳修饰有序介孔碳，通过疏水性作用可以萃取未经修饰有序介孔碳难以吸附的疏水性比较强或长碳链类型的化合物，其选择性更广。此外，基于十八碳修饰有序介孔碳具有较高的含碳量和高疏水性，可以大大增加载样量和回收率，高含碳量同时也可以耐受极端的pH值。而且还具有制备步骤少、装置简单、可大批量生产、易实现商品化等优点。因此，上述制备方法的基于十八碳修饰有序介孔碳具有广阔的应用前景，例如净化、提取、浓缩环境水样中的污染物如多环芳烃、食品饮料中的农药残留以及生物流体中的药物和代谢物等。下面结合具体事例对本专利技术进行详细描述。本专利技术的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求加以限定。实施实例1：制备一种基于十八碳修饰有序介孔碳，方法如下：将0.15mL十八烷基三甲氧基硅烷试剂加入到20mL甲苯溶液中并室温磁力搅拌10min混匀，然后加入0.2g的有序介孔碳材料CMK-8，超声分散20min，随后在185℃下回流反应24h，反应后的混合液用抽滤装置抽滤，甲苯洗涤，在120℃烘干12h，得到的产物即为C18修饰的CMK-8介孔碳吸附材料(C18-CMK8)。本专利技术实施例1的反应原理：十八烷基甲氧基硅烷中与硅相连的3个甲氧基(-OCH3)首先水解成硅羟基(Si-OH)；然后Si-OH与有序介孔碳材料表面上的羟基(-OH)形成氢键；加热回流过程中伴随脱水反应，硅烷的Si-OH在有序介孔碳表面形成一个共价键C-O-Si连接。化学反应方程式如下：以实例1所制备的C18修饰的CMK-8本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种十八碳(C18)修饰的有序介孔碳材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将十八烷基三甲氧基硅烷加入甲苯溶液中，室温搅拌混匀；2)向上述搅拌后的溶液中加入有序介孔碳材料并超声分散均匀；3)将混合溶液在180℃±5℃下回流24h；4)取出反应后混合液用抽滤装置过滤，洗涤并烘干，即可得到十八碳(C18)修饰的有序介孔碳材料。

【技术特征摘要】
1.一种十八碳(C18)修饰的有序介孔碳材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将十八烷基三甲氧基硅烷加入甲苯溶液中，室温搅拌混匀；2)向上述搅拌后的溶液中加入有序介孔碳材料并超声分散均匀；3)将混合溶液在180℃±5℃下回流24h；4)取出反应后混合液用抽滤装置过滤，洗涤并烘干，即可得到十八碳(C18)修饰的有序介孔碳材料。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤4)中采用的洗涤剂为甲苯。3.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于，所述步骤4)中的烘干温度为120℃。4.根据权利要求1-3之一所述方法，其特征在于，所述十八烷基三甲氧基硅烷在甲苯溶液中的浓度为0.35mmoL/L。5.根据权利要求1-4之一所述方法，其特征在于，所述有序介孔碳材料在甲苯溶液中的浓度为10g/L。...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘倩，王静，黄秀，江桂斌，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：北京,11