一种介孔二氧化硅基脱氧剂及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供一种介孔二氧化硅基脱氧剂及其制备方法和用途，所述脱氧剂包括介孔二氧化硅纳米颗粒和任选地负载在所述介孔二氧化硅纳米颗粒上的氧气吸附剂，其中，所述介孔二氧化硅纳米颗粒的粒径为30～200nm，比表面积为800～900m2/g，孔径为2～10nm。介孔二氧化硅纳米颗粒由于其高表面积而表现出固有的氧吸附能力，并且氧吸附是通过物理吸附发生的，在测试条件下其性能优于市售的脱氧剂。氧气吸附剂的负载进一步增强了介孔二氧化硅纳米颗粒的氧吸附能力，在X射线光电子能谱中可观察到化学吸附现象。学吸附现象。学吸附现象。

【技术实现步骤摘要】
一种介孔二氧化硅基脱氧剂及其制备方法和用途


[0001]本专利技术涉及一种介孔二氧化硅基脱氧剂及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]近年来，介孔二氧化硅纳米颗粒由于具有大的比表面积、高的孔容、可调的孔径/粒径以及良好的生物相容性、颗粒表面具有丰富的官能团易于进行表面改性等优点，使其在各种应用中都具有重大意义。
[0003]可以通过各种不同的制备方法来控制介孔二氧化硅纳米颗粒(MSN)的尺寸、孔隙率(孔容积和孔尺寸)和形貌。在常用的合成方法(即改良的法)中，将阳离子表面活性剂(通常为十六烷基三甲基溴化铵，英文缩写CTAB)与酒精、水和氨的混合物以及硅源(通常为原硅酸四乙酯，英文缩写TEOS)混合，以制备介孔二氧化硅球。该方法非常适用于合成具有不同特性的MSN。例如，可以通过改变TEOS和表面活性剂的比例，或通过改变pH值，并通过调整其它反应参数(例如温度、溶剂和所用催化剂)在较小程度上控制球体的尺寸。此外，可以通过改变酒精与水的比例来改变孔的方向，而使用膨化剂(例如1,3,5
‑
三甲基苯，英文缩写TMB)可以增加孔径。已报道了各种各样的方法、尺寸和形貌，其中粒径范围从～20nm至～600nm，BET比表面积为～500至～1100m2/g，孔径范围从～2nm到～15nm。改良的法由于其简单性和高产率仍然引起人们的极大兴趣。
[0004]然而，获得实际应用中所期望的小粒径、大比表面积和大孔径仍然具有挑战性，并且对工艺/反应条件的进一步调整也在不断进行。例如，虽然使用TMB作为扩孔剂成功地实现了孔径和总比表面积的增加，但是球体尺寸不均匀并且获得的球体通常为微米尺寸。
[0005]因此，尽管一些研究人员使用更复杂的合成方法获得了成功，但在保持合成的简便性的同时，人们仍然对获得高孔隙率和尺寸均匀性非常感兴趣，因为这些性质与几乎所有实际应用都高度相关。
[0006]迄今为止，MSN的主要应用包括催化、生物医学应用(药物输送、标记)、抗反射涂层以及复合材料中的填充剂。然而，它们的高比表面积和高生物相容性使它们在食品包装等尚未开发的应用中具有潜在的吸引力。总体而言，食品包装，特别是活性包装，在延长产品的保质期和保持其质量方面发挥着巨大作用。活性包装的成分包括脱氧剂、乙烯吸收剂、CO2排放物、干燥剂、抗菌包装等。其中脱氧剂尤其重要，因为氧的存在会因氧化而导致食物变质，以及需氧微生物的生长。常见的脱氧剂包括铁基脱氧剂、贵金属催化剂脱氧剂、不饱和烃基脱氧剂、酶脱氧剂、光敏染料、天然抗氧化剂复合脱氧剂和微生物基脱氧剂。这些类型的脱氧剂，包括常用的铁基脱氧剂，各有优缺点。
[0007]众所周知，与散装材料相比，具有较大比表面积的纳米铁基脱氧剂(单独或作为复合材料的一部分)表现出改善的性能，并且它们还具有在较低的相对湿度下具有反应性的优点。非铁基纳米材料，例如二氧化钛纳米管，也已证明具有脱氧的功能，并且已证明在干燥气氛中表现出出色的性能。然而，由于需要满足安全方面的法规要求，现有的纳米材料在食品和药品包装应用方面具有潜在的缺点。

技术实现思路

[0008]因此，本专利技术的目的是将高比表面积生物相容性材料MSN用作脱氧剂，或者将现有的脱氧剂材料与MSN组合制成脱氧剂。本专利技术的专利技术人通过改进法制备出了小粒径(低于100nm)和大比表面积(超过800m2/g)的MSN，将其直接用作脱氧材料(介孔二氧化硅脱氧剂)或者用作其它氧气吸附剂的载体(介孔二氧化硅基脱氧剂)，意外地实现了优于市售脱氧剂的氧气吸附性能。
[0009]本文中所述的“法”或“反应”是指通过将原硅酸四乙酯加入乙醇和氨水中生成纳米二氧化硅颗粒的方法或反应。
[0010]一方面，本专利技术提供了一种介孔二氧化硅基脱氧剂，所述脱氧剂包括介孔二氧化硅纳米颗粒和负载在所述介孔二氧化硅纳米颗粒上的氧气吸附剂，其中，所述介孔二氧化硅纳米颗粒的粒径为30～200nm，比表面积为800～900m2/g，孔径为2～10nm。
[0011]根据本专利技术提供的介孔二氧化硅基脱氧剂，其中，基于1g所述介孔二氧化硅纳米颗粒，所述脱氧剂的氧气吸附量大于125ml/g。
[0012]根据本专利技术提供的介孔二氧化硅基脱氧剂，其中，负载在所述介孔二氧化硅纳米颗粒上的氧气吸附剂的厚度可以为1～20nm，优选为2～10nm。
[0013]在本专利技术提供的介孔二氧化硅基脱氧剂中，所述氧气吸附剂可以为任何能够吸附和去除氧气的材料，本专利技术对此没有特别的限定。例如，所述氧气吸附剂可以为碳纳米层、铁基脱氧剂、贵金属催化剂脱氧剂、不饱和烃基脱氧剂、酶脱氧剂、光敏染料、天然抗氧化剂复合脱氧剂和微生物基脱氧剂中的一种或多种。在一些优选的实施方案中，所述氧气吸附剂可以选自碳纳米层、FeO
x
和TiO
y
中的一种或多种，其中，x＝1～4/3，y＝1～2(x介于1～4/3之间，y介于1～2之间)。
[0014]另一方面，本专利技术还提供了一种介孔二氧化硅脱氧剂，所述脱氧剂包含基于反应制备的介孔二氧化硅纳米颗粒，其制备方法包括将反应生成的二氧化硅沉淀物干燥后通过以下方式退火：以0.5～5℃/min的速度加热到450～650℃，保持1～6小时后冷却，其中，所述介孔二氧化硅纳米颗粒的粒径为60～200nm，比表面积为800～850m2/g，孔径为2～5nm。
[0015]再一方面，本专利技术还提供了一种介孔二氧化硅脱氧剂，所述脱氧剂包含基于反应制备的介孔二氧化硅纳米颗粒，其制备方法包括：采用反应，以1,3,5
‑
三甲基苯作为膨化剂制备二氧化硅沉淀物，然后将该二氧化硅沉淀物干燥后通过以下方式退火：以0.5～5℃/min的速度加热到450～650℃，保持1～6小时后冷却得到介孔二氧化硅纳米颗粒，其中，所述介孔二氧化硅纳米颗粒的粒径为30～100nm，比表面积为850～900m2/g，孔径为5～10nm。
[0016]再一方面，本专利技术还提供了一种介孔二氧化硅基脱氧剂的制备方法，所述制备方法包括：
[0017](1)介孔二氧化硅纳米颗粒的合成：采用反应，以1,3,5
‑
三甲基苯作为膨化剂制备二氧化硅沉淀物，将该二氧化硅沉淀物干燥后通过以下方式退火：以0.5～5℃/min的速度加热到450～650℃，保持10～12小时后冷却得到介孔二氧化硅纳米颗粒，其中，所述介孔二氧化硅纳米颗粒的粒径为30～100nm，比表面积为850～900m2/g，孔径为5～10nm；
[0018](2)氧气吸附剂的负载：采用葡萄糖水热法在步骤(1)制得的介孔二氧化硅纳米颗
粒上负载碳纳米层，和/或采用原子层沉积法在步骤(1)制得的介孔二氧化硅纳米颗粒上沉积化合物氧气吸附剂。
[0019]根据本专利技术提供的制备方法，其中，采用反应制备二氧化硅沉淀物包括：将阳离子表面活性剂、乙醇、水和氨水的混合物与硅源混合，得到的沉淀物。其中，所述阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，所述硅源为原硅酸四乙酯(T本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种介孔二氧化硅基脱氧剂，所述脱氧剂包括介孔二氧化硅纳米颗粒和负载在所述介孔二氧化硅纳米颗粒上的氧气吸附剂，其中，所述介孔二氧化硅纳米颗粒的粒径为30～200nm，比表面积为800～900m2/g，孔径为2～10nm。2.根据权利要求1所述的介孔二氧化硅基脱氧剂，其中，基于1g所述介孔二氧化硅纳米颗粒，所述介孔二氧化硅基脱氧剂的氧气吸附量大于125ml/g。3.根据权利要求1所述的介孔二氧化硅基脱氧剂，其中，负载在所述介孔二氧化硅纳米颗粒上的氧气吸附剂的厚度为1～20nm，优选为2～10nm。4.根据权利要求1至3中任一项所述的介孔二氧化硅基脱氧剂，其中，所述氧气吸附剂为铁基脱氧剂、贵金属催化剂脱氧剂、不饱和烃基脱氧剂、酶脱氧剂、光敏染料、天然抗氧化剂复合脱氧剂和微生物基脱氧剂中的一种或多种。5.根据权利要求4所述的介孔二氧化硅基脱氧剂，其中，所述氧气吸附剂选自碳纳米层、FeO
x
和TiO
y
中的一种或多种，其中，x＝1～4/3，y＝1～2。6.一种介孔二氧化硅脱氧剂，所述脱氧剂包含基于反应制备的介孔二氧化硅纳米颗粒，其制备方法包括将反应生成的二氧化硅沉淀物干燥后通过以下方式退火：以0.5～5℃/min的速度加热到450～650℃，保持1～6小时后冷却，其中，所述介孔二氧化硅纳米颗粒的粒径为60～200nm，比表面积为800～850m2/g，孔径为2～5nm。7.一种介孔二氧化硅脱氧剂，所述脱氧剂包含基于反应制备的介孔二氧化硅纳米颗粒，其制备方法包括：采用反应，以1,3,5
‑
三甲基苯作为膨化剂制备二氧化硅沉淀物，然后将该二氧化硅沉淀物干燥后通过以下方式退火：以0.5～5℃/min的速度加热到450～650℃，保持1～6小时后冷却，其中，所述介孔二氧化硅纳米颗粒的粒径为30～100nm，比表面积为850～900m2/g，孔径为5～10nm。8.一种介孔二氧化硅基脱氧剂的制备方法，所述制备方法包括：(1)介孔二氧化硅纳米颗粒的合成：采用反应，以1,3,5
‑
三甲基苯作为膨化剂制备二氧化硅沉淀...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡晓青，A，
申请(专利权)人：香港大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：