PAMAM介导仿生合成纳米SiO2的实验研究(2)

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-01 原文发表时间:2007-07-02 人气:1

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图1 作为纳米硅的生物合成的介导物的化学结构比较。(其中A为从硅藻C.fusiformis中提取出来的silaffin的结构，B为G1的PAMAM，C为多聚赖氨酸，D为多聚精氨酸.)

本文采用PVA、PAM和整代低代数（G2.0）PAMAM三种双亲性高分子作为硅沉积的模板，以硅酸钠为硅源，在室温，中性环境下介导二氧化硅的合成，旨在比较静电相互作用和氢键二者对硅酸缩聚的影响，以及高分子的不同形态对聚合速度及形态的影响。通过实验我们用2.0G PAMAM介导制备了粒度可控的纳米二氧化硅材料。

2材料和方法

2.1 材料

实验所用聚酰胺胺（polyamidoamine，PAMAM， 0G，1.0G，2.0G，其分子量分别为516，1428和3252）由发散法制备[20]，由中南大学资源加工与生物工程学院生物技术实验室提供。聚乙烯醇（Polyvinyl alcohol， PVA，MW=124万，分析纯）；聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，PAM，MW=300万，分析纯）；其它试剂均为分析纯。双蒸馏水。

2.2 硅含量分析和SiO2沉淀过程监测

硅含量分析采用硅钼黄显色法[11]。按照介导物与硅酸钠的一定摩尔比，在搅拌下，向10mmol/L硅酸钠溶液（pH7.2的Tris-HCl缓冲溶液）滴入介导物。然后，在一定的时间间隔，取出2.00ml 反应液，加入到25ml去离子水中，加入1ml 1.5mol/L H2SO4，1ml 0.08 mol/L钼酸铵，混匀后静置10min。在这段时间里，可溶性的单硅酸和小分子硅酸低聚物与钼酸铵反应，生成黄色的硅钼酸（H8Si(Mo2O7)6），而已经发生聚集形成的二氧化硅不会与钼酸铵发应。用双光束紫外可见分光光度仪（UV-3000，日本岛津）在400nm处测定溶液的吸光度值。通过分析溶液中可溶性硅酸和小分子硅酸低聚物随时间的变化可以监控硅酸聚合趋势。

2.3 纳米SiO2表征

用Zata电位及粒度分析仪（DELSA 440SX ， coulter USA）检测纳米SiO2在溶液中的粒度分布。采用双光束紫外可见分光光度仪（UV－3000，日本岛津）测定纳米SiO2的特征紫外吸收。反应产物经热处理除去复合物中的有机物成分，得到白色超细粉末后，采用Sirion200场发射扫描电子显微镜（FEI公司）检测产物表面以及粒度分布情况。

3. 结果与讨论

3.1 介导作用

实验所用的0.001mol/L的硅酸钠溶液在室温下为透明无色溶液，放置2天观察不到明显变化。但以PAMAM与硅的摩尔比为1：10在搅拌条件下滴入PAMAM（G3）树状大分子时，立刻产生白色沉淀。当以PAMAM与硅摩尔比1：100加入时，几秒内也可以见明显沉淀。测定反应溶液中剩下游离硅酸，发现含量锐减。当PAM、PAV和PAMAM分别以单体:Si=1:10，1:10和0.28:10的摩尔比加入到反应体系，3小时内溶液澄清透明，肉眼观察不到明显沉降现象，继续延长反应时间PAMAM/Si的反应体系最先出现轻微的浑浊。

图2反映的是介导反应的前3小时内用三种多聚物介导硅酸聚合的过程。曲线表示钼黄法连续测得的反应液的紫外吸收变化情况，它表明了反应过程中溶液中可溶性硅酸和低聚硅酸的含量变化情况。从图上可以看出，这三种高分子对硅的聚合都有介导作用，但作用效果以PAMAM（G2）最好，因为它的单体浓度相对PAM和PVA 的单体浓度低3.6倍时，其介导反应速度仍然大于前两者。PAV、PAM可以分别以侧链羟基、侧链酰伯胺基通过氢键的方式与硅氧键合，而PAMAM则能以端胺基离子和酰仲胺分别以静电和氢键的方式与硅氧结合。从单体介导作用顺序（PAMAM>>PAM>PAV）来看，说明在多聚物于硅的共沉淀过程中，静电相互作用的介导效果比氢键的更大。

图 2 PAMAM与其它高分子化合物对硅聚合的介导作用比较 (pH 7.2，高分子化合物PAM、PAV和PAMAM的单体与硅的摩尔比分别为1:10，1:10，0.28:10)