【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及催化劑，具體涉及一種響應性janus籠狀催化劑及其制備方法和應用。
技術介紹
1、janus材料作為一類新型材料，結構和組成上的獨特性促使其在諸多重要領域具有潛在應用前景，逐漸成為新材料科學領域的研究熱點。1991年，法國科學家p.g.degennes在諾貝爾獲獎致辭中，對janus顆粒做了詳細介紹，由此引發科研工作者對于janus材料的廣泛關注。janus顆粒是指具有化學不對稱性的粒子，這種化學不對稱性可以賦予janus顆粒兩種不同、甚至相反的性質，如極性/非極性，親水/疏水，陰離子/陽離子，不帶電荷/帶電荷等等。janus顆粒的形狀也是多種多樣，從簡單的球形janus顆粒到不同種類的非球形janus顆粒，從具有高度各項異性結構的janus片和janus管到三維結構janus中空球。
2、janus材料的形貌和化學組分對其性能有著至關重要的影響，具有二維結構的janus納米片(盤)，當兩側分別修飾親水基團和親油基團后，可以充當顆粒乳化劑用來乳化油/水兩相，由于其二維片狀結構有著更強的各向異性，在乳液界面上更難翻轉，因此可以得到更加穩定的乳液。而不同的化學組成則可以賦予janus材料更加獨特的性質以及潛在的應用。在janus納米片的一側接枝具有催化活性的材料(如pw12o403-)，以其為顆粒乳化劑對油/水兩相進行乳化，在乳液體系里催化水相中的偶氮染料(如甲基橙)催化氧化降解，染料分子在乳液界面被催化降解，其中部分的降解中間產物(如甲基苯胺，二甲基苯胺等)更傾向于油溶性，因此被萃取至油相中，該催化體系不
3、盡管janus材料應用于相轉移催化體系的可行性已經得到證明，然而該體系仍然需要有機溶劑作為萃取相用來產物的分離，有機溶劑的大量使用所帶來的環境污染也是亟待解決的問題。而水作為一種環境友好的化學反應介質受到人們的廣泛關注，利用綠色溶劑水代替有毒有害的有機溶劑具有重要的環境意義，因此，設計并制備一種能夠在水溶劑中具有高效催化性能的催化劑十分重要，同時實現產物的簡易分離也非常關鍵。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提出一種響應性janus籠狀催化劑及其制備方法和應用，具有兼具催化和分離性能，且便于回收的效果。
2、本專利技術的技術方案是這樣實現的：
3、本專利技術提供一種響應性janus籠狀催化劑的制備方法，包括如下步驟：
4、s1.磺化聚苯乙烯球的制備：將聚苯乙烯球與濃硫酸混合，反應1-6h后，將反應混合液滴入到水中，過濾，多次洗滌直至濾液呈中性，真空干燥得到磺化聚苯乙烯球；
5、s2.ps@fe3o4球的制備：將干燥的磺化聚苯乙烯球分散在水中，充入氮氣除去體系中的氧氣，加入氯化鐵和氯化亞鐵，攪拌12-24h，過濾，再次分散在除氧水中，加入naoh水溶液，調節ph為10-12，反應1-3h，過濾，多次洗滌直至濾液呈中性，真空干燥得到ps@fe3o4球；
6、s3.無機磁性籠的制備：將ps@fe3o4球分散在乙醇中，加入正硅酸乙酯，加入氨水，攪拌反應3-6h，離心洗滌，得到ps@fe3o4@sio2球，加入有機溶劑除去聚苯乙烯，得到fe3o4@sio2無機磁性籠；
7、s4.響應性janus籠的制備：將fe3o4@sio2無機磁性籠分散在水中，加入引發劑，攪拌1-3h，過濾，再次分散到水中，加入溫敏性高分子的單體，60-80℃反應6-12h，磁分離，洗滌，干燥，得到溫度響應性janus籠；
8、s5.響應性janus籠催化劑的制備：將溫度響應性janus籠分散在水中，加入氯金酸，攪拌1-3h，過濾，再次分散在水中，加入硼氫化鈉，反應1-2h，得到負載金納米顆粒的響應性janus籠催化劑。
9、作為本專利技術的進一步改進，所述步驟s1中，聚苯乙烯球為線性聚苯乙烯球，聚苯乙烯球與濃硫酸的質量比為1:5-20。
10、作為本專利技術的進一步改進，所述步驟s2中，氯化鐵和氯化亞鐵的物質的量之比為1:1，所述磺化聚苯乙烯球與氯化鐵的質量比為1:5-20。
11、作為本專利技術的進一步改進，所述步驟s3中，ps@fe3o4球、乙醇、正硅酸乙酯的質量比為1：20-30：4-8，加入氨水的濃度為2-5wt％，加入的有機溶劑為聚苯乙烯的良溶劑。
12、作為本專利技術的進一步改進，所述步驟s3中，有機溶劑選自甲苯，二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺，三氯甲烷、四氫呋喃中的一種。
13、作為本專利技術的進一步改進，所述步驟s4中，引發劑為含羧基的引發劑，優選為偶氮二氰基戊酸；fe3o4@sio2無機磁性籠與引發劑的質量比為1:1-3。
14、作為本專利技術的進一步改進，所述步驟s4中，溫敏性高分子的單體選自n-異丙基丙烯酰胺、n,n-二乙基丙烯酰胺、n-(l)-(1-羥基甲基)丙基甲基丙烯酰胺、n-丙烯酰氧基-n-烷基哌嗪中的一種；所述溫敏性高分子的單體的質量為fe3o4@sio2無機磁性籠的質量的3-5倍。
15、作為本專利技術的進一步改進，所述步驟s5中，所述氯金酸的質量為溫度響應性janus籠質量的0.1-1倍，所述硼氫化鈉的質量為溫度響應性janus籠質量的0.1-0.5倍。
16、本專利技術進一步保護一種上述制備方法制得的響應性janus籠狀催化劑。
17、本專利技術進一步保護一種上述制備方法制得的響應性janus籠狀催化劑在相轉移催化中的應用。
18、本專利技術的基本原理如下：
19、(1)聚苯乙烯球經過磺化以后，在球的表面引入了磺酸根，磺酸根吸附鐵離子和亞鐵離子，加入氫氧化鈉后得到四氧化三鐵，從而得到磁性ps@fe3o4球。
20、(2)正硅酸乙酯進一步在ps@fe3o4球的表面發生溶膠凝膠反應，在微球表面包裹上一層二氧化硅層，同時堿性環境下反應，會導致二氧化硅層具有多孔結構。
21、(3)有機溶劑除去線性聚苯乙烯球，得到fe3o4@sio2中空球，內層為fe3o4，外層為sio2，即磁性janus籠，利用四氧化三鐵和二氧化硅化學性質的不同，含羧基的引發劑可以與鐵配位，吸附在內層fe3o4上。接著含羧基的引發劑誘導溫敏性高分子的單體在內層聚合，即得到了內層接枝了溫敏性高分子的janus籠。
22、(4)利用響應性聚合物中n元素與金屬的配位作用，負載au顆粒，得到兼具溫度響應性和催化功能的復合janus籠。
23、本專利技術具有如下有益效果：本專利技術制備的janus籠狀催化劑具有催化和磁性分離、溫度響應等多重響應性，可利用其對目標物質實現富集及可控的釋放。在環境溫度高于溫敏的lcst時，由于籠內變得疏水，可以用于從水環境中對油溶性物質進行富集；當環境溫度低于其lcst時，溫敏高分子變得親水，可以實現對油溶性物質可控釋放。實現了催化反應產物從反應體系的分離以及進一步的可控釋放。...
【技術保護點】
1.一種響應性Janus籠狀催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述響應性Janus籠狀催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟S1中，聚苯乙烯球為線性聚苯乙烯球，聚苯乙烯球與濃硫酸的質量比為1:5-20。
3.根據權利要求1所述響應性Janus籠狀催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟S2中，氯化鐵和氯化亞鐵的物質的量之比為1:1，所述磺化聚苯乙烯球與氯化鐵的質量比為1:5-20。
4.根據權利要求1所述響應性Janus籠狀催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟S3中，PS@Fe3O4球、乙醇、正硅酸乙酯的質量比為1：20-30：4-8，加入氨水的濃度為2-5wt％，加入的有機溶劑為聚苯乙烯的良溶劑。
5.根據權利要求4所述響應性Janus籠狀催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟S3中，有機溶劑選自甲苯，二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺，三氯甲烷、四氫呋喃中的一種。
6.根據權利要求1所述響應性Janus籠狀催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟S4中，引發劑為含羧基的引發劑，為偶氮二氰基戊酸；F
7.根據權利要求1所述響應性Janus籠狀催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟S4中，溫敏性高分子的單體選自N-異丙基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、N-(L)-(1-羥基甲基)丙基甲基丙烯酰胺、N-丙烯酰氧基-N-烷基哌嗪中的一種；所述溫敏性高分子的單體的質量為Fe3O4@SiO2無機磁性籠的質量的3-5倍。
8.根據權利要求1所述響應性Janus籠狀催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟S5中，所述氯金酸的質量為溫度響應性Janus籠質量的0.1-1倍，所述硼氫化鈉的質量為溫度響應性Janus籠質量的0.1-0.5倍。
9.一種如權利要求1-8任一項所述制備方法制得的響應性Janus籠狀催化劑。
10.一種如權利要求1-8任一項所述制備方法制得的響應性Janus籠狀催化劑在相轉移催化中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種響應性janus籠狀催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述響應性janus籠狀催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中，聚苯乙烯球為線性聚苯乙烯球，聚苯乙烯球與濃硫酸的質量比為1:5-20。
3.根據權利要求1所述響應性janus籠狀催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟s2中，氯化鐵和氯化亞鐵的物質的量之比為1:1，所述磺化聚苯乙烯球與氯化鐵的質量比為1:5-20。
4.根據權利要求1所述響應性janus籠狀催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟s3中，ps@fe3o4球、乙醇、正硅酸乙酯的質量比為1：20-30：4-8，加入氨水的濃度為2-5wt％，加入的有機溶劑為聚苯乙烯的良溶劑。
5.根據權利要求4所述響應性janus籠狀催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟s3中，有機溶劑選自甲苯，二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺，三氯甲烷、四氫呋喃中的一種。
6.根據權利要求1所述響應性janus籠狀催...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳穎，劉嘉賢，劉耀春，
申請(專利權)人：佛山華南新材料研究院，
類型：發明
國別省市：
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