二氧化硅表面修饰硅烷偶联剂APTS的过程和机制VIP免费

2014年7月CIESCJournal·2629·July2014第65卷第7期化工学报Vol.65No.7二氧化硅表面修饰硅烷偶联剂APTS的过程和机制乔冰，高晗，王亭杰，金涌（清华大学化学工程系，北京100084）摘要：二氧化硅表面经过硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷（APTS）修饰后，在橡胶、塑料、催化剂、色谱柱、吸附剂、生物和医药等领域中具有独特的应用性能，大量文献结合特定应用体系研究二氧化硅表面修饰APTS的基本规律，以实现理想可控的修饰效果。总结这些分散性研究结果，有利于在新的基础上有效地促进研究的深入。在分析文献的基础上，系统地阐述了二氧化硅表面修饰APTS的反应机理、修饰工艺、反应动力学、修饰层稳定性和结构形貌等方面的研究进展，提出了目前研究还存在的问题和进一步的研究方向。关键词：二氧化硅；表面；多相反应；硅烷偶联剂；接枝；修饰DOI：10.3969/j.issn.0438-1157.2014.07.022中图分类号：TQ031文献标志码：A文章编号：0438—1157（2014）07—2629—09ProcessandmechanismofsurfacemodificationofsilicawithsilanecouplingagentAPTSQIAOBing,GAOHan,WANGTingjie,JINYong(DepartmentofChemicalEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)Abstract:Aftermodificationusinggammaaminopropyltriethoxysilane(APTS),thesilicasurfacedemonstratesuniqueperformanceintheapplicationstorubber,plastics,catalyst,chromatographycolumn,adsorbent,biologicalsandpharmaceuticals.AlargenumberofliteraturesfocusonAPTSmodificationofsilicainthespecificapplicationbackgroundforachievingidealandcontrollablemodification.Summarizingthesescatteredresultsanddiscoveriescaneffectivelypromoteresearchfurtheronanewstage.Basedonananalysisofliteratures,themechanismofreaction,processofmodification,kineticsofreaction,stabilityandstructureofthemodifiedlayerarereviewed.Theexistingproblemsinthecurrentstateoftheresearchandthedirectionsforfurtherresearchareproposed.Keywords:silica;surface;multiphasereaction;silanecouplingagent;graft;modification引言二氧化硅在橡胶、塑料、催化剂载体、吸附剂、生物医药等领域有广泛应用，通常需要与有机基体复合，但是，与其他无机金属氧化物如氧化铝、二氧化钛、氧化锌等一样，二氧化硅表面有大量羟基，亲水性强，与有机基体复合的相容性和分散性差，难以发挥其优良的性能，必须对其表面进行有机修饰。γ-氨丙基三乙氧基硅烷（APTS）是一种典型的硅烷偶联剂，常用于氧化物表面的修饰，经过APTS2014-03-25收到初稿，2014-04-05收到修改稿。联系人：王亭杰。第一作者：乔冰（1989—），女，博士研究生。基金项目：国家自然科学基金项目（21176134）。Receiveddate:2014-03-25.Correspondingauthor:Prof.WANGTingjie,wangtj@tsinghua.edu.cnFoundationitem:supportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(21176134).化工学报第65卷·2630·修饰的表面含有氨基，活性氨基可以与很多分子发生反应，从而大幅度拓展和提高二氧化硅的应用性能。如在化工材料领域，修饰后的二氧化硅颗粒作为补强填料添加到橡胶、塑料等材料中，能有效地提高复合基体的拉伸强度、耐磨性、流变性、抗老化等性能[1]；在催化领域，氨基化修饰的二氧化硅介孔分子筛能够实现胺类催化剂的固载化[2]，与传统的有机胺类均相催化反应相比，易于分离和重复使用；在吸附检测方面，经过APTS修饰后的硅胶，由于对金属离子有良好的选择性和吸附性，可用于色谱的固定相[3-4]，或作为去除水中重金属离子如Cu2+、Pb2+、Hg2+的吸附剂[5-9]；在生物医药领域，由于活性氨基可以与蛋白质、DNA等生物分子偶联，在生物材料分离、酶固定化、靶向药物等方面有重要的应用[10-14]。本文从APTS在二氧化硅表面的反应机理、修饰工艺、反应动力学、修饰层稳定性和结构形貌等方面，总结了二氧化硅表面修饰APTS的研究进展，分析了研究还存在的问题和进一步的研究方向。1表面反应机理1.1二氧化硅表面与硅烷偶联剂APTS的反应在含水环境下，由于无机金属氧化物颗...