專利名稱：納米尺寸的均勻介孔氧化硅球分離劑的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機孔材料領(lǐng)域，具體涉及一種制備納米尺寸的均勻介孔氧化硅球分離劑的方法。
本發(fā)明提出的合成納米尺寸的均勻介孔氧化硅球分離劑的方法，是在有機溶劑和水的混合溶劑中，在氨水的催化作用下，以表面活性劑為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，與無機硅材料共組裝成具有介觀有序結(jié)構(gòu)的小球，高溫下脫去作為模板的表面活性劑，即得到一種具有均勻介孔的氧化硅球。具體步驟如下(1)在40-60℃條件下將表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)溶解在有機溶劑N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和水的混合溶劑中。冷卻至室溫；(2)將適量的氨水和正硅酸乙酯加入到溶液中，電磁勻速攪拌16---25小時，直至反應(yīng)基本完全。各組份用量摩爾比為SiO2∶CTAB∶NH3∶DMF∶H2O＝1∶(0.12---0.30)∶(0.85---7.35)∶(9.6---34.2)∶(72.2---172.2)；(3)將溶液過濾得到白色粉末，用水反復(fù)洗滌2-5次。然后放入真空器中干燥；(4)將干燥后的氧化硅材料在500-600℃焙燒，脫去表面活性劑，得到介孔氧化硅球。
在本發(fā)明中，采用了有機溶劑N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和水的混合溶劑。混合溶劑的組成和配比對介孔氧化硅球的形狀及尺寸會有影響。改變混合溶劑的配比，可以改變所得到的介孔氧化硅球的尺寸。合成介孔氧化硅小球時，表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨，有機溶劑N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和水，氨水，正硅酸乙酯在合成中的比例可在一個較大的范圍內(nèi)變動。維持溶劑的總重量不變(例如為38克)，調(diào)節(jié)兩溶劑的相對配比，當(dāng)N，N-二甲基甲酰胺(DMF)為25克，水為13克時，獲得的氧化硅球的直徑可達800nm。當(dāng)N，N-二甲基甲酰胺(DMF)的量減少，水的量相應(yīng)增加時，得到的氧化硅的直徑減小，在N，N-二甲基甲酰胺(DMF)減少到7克，水的量增加到31克時，氧化硅的直徑可減少到80nm。
在本發(fā)明中，合成氧化硅球時采用了氨水作為水解反應(yīng)的催化劑。氨水的量會影響所得到的球的大小。在有機溶劑N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和水的比例一定時，增加氨水的量，合成出的氧化硅小球的直徑會隨之增加。
在本發(fā)明中，合成過程中應(yīng)該保持電磁攪拌器的攪拌速度恒定。勻速的攪拌對生成直徑均一的氧化硅小球也有影響。在攪拌速度較快時，所得到的氧化硅球的直徑會稍有增大。
在本發(fā)明中，采用了表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，在氨水的催化下，正硅酸乙酯水解得到的氧化硅與十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)共組裝成介觀有序結(jié)構(gòu)。同時由于有機溶劑的作用和均勻攪拌的條件，所得到的介孔氧化硅球具有均勻的球形，并且具有類似介孔材料MCM-41的介孔孔道結(jié)構(gòu)。介孔氧化硅球具有均一的直徑可以由掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)看出。氮氣吸附--脫附實驗(BET)結(jié)果表明，所得到的介孔氧化硅球具有極高的比表面和均一的孔徑分布。采用了表面活性劑Aldrich P123(平均分子量5800，EO20PO70EO20)作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑時，所得到的介孔氧化硅球的孔徑達到10nm。由此可見，改變作為模板的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，可以改變所得到的介孔球中介孔的孔徑。
在本發(fā)明中，我們還可將步驟(2)的產(chǎn)物在100℃水熱處理了24-48小時。由X射線衍射(XRD)圖譜可知，經(jīng)過水熱處理后，所得到的介孔氧化硅球具有更加有序的介孔結(jié)構(gòu)。
將1.0克濃氨水加入到溶液中，然后將2.08克正硅酸乙酯快速地一次性加入溶液中。室溫下電磁勻速攪拌，攪拌速度保持在480轉(zhuǎn)/分鐘。攪拌16---25小時后，反應(yīng)基本完全。停止攪拌。
將產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯的瓶中，放在100度的烘箱中，水熱處理24小時。
將水熱后的白色混合物過濾，得到白色粉末，用水反復(fù)洗滌數(shù)次。然后放入真空干燥器中干燥。
將干燥后的氧化硅材料在550℃焙燒5小時，脫去表面活性劑，得到介孔氧化硅球。
從掃描電子顯微鏡(SEM)照片可見，所得到的介孔氧化硅球的直徑在200納米左右。焙燒前樣品的X射線衍射(XRD)圖譜顯示，氧化硅球具有和MCM-41類似的有序結(jié)構(gòu)。焙燒后，樣品的有序度有所下降。透射電子顯微鏡(TEM)圖譜表明，介孔氧化硅球的直徑均一，而且表面分布著六角排列的孔，孔徑在3.0nm左右，與氮氣吸附-脫附實驗(BET)的結(jié)果(3.1nm)吻合。從氮氣吸附-脫附實驗(BET)的結(jié)果還可知，介孔氧化硅球具有極高的比表面，達到1020平方米/克。
實施例2，各個過程、試劑均按實施例1程序，只是改變?nèi)軇┑南鄬Ρ壤?，改變后各試劑的摩爾比?SiO2∶0.22 CTAB∶1.5NH3∶34.2DMF∶72.2H2O。
此時，所得到的介孔氧化硅球的直徑在800納米左右。而孔徑、結(jié)構(gòu)與實施例1的結(jié)果相近。
實施例3，各個過程、試劑均按實施例1程序，改變?nèi)軇┑南鄬Ρ壤?，改變后各試劑的摩爾比?SiO2∶0.22CTAB∶1.5NH3∶9.6DMF∶172.2H2O。
得到的介孔氧化硅球的直徑在80nm左右?？讖?、結(jié)構(gòu)與實施例1、2的結(jié)果相近。
實施例4，各個過程、試劑均按實施例1程序，改變氨水的量，改變后各試劑的摩爾比為1SiO2∶0.22CTAB∶0.85NH3∶26.0DMF∶106.0H2O。
得到的介孔氧化硅球的直徑在150nm左右。
權(quán)利要求
1.一種納米尺寸的均勻介孔氧化硅球分離劑的合成方法，其特征在于在有機溶劑和水的混合溶劑中，在氨水的催化作用下，以表面活性劑為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，與無機硅材料共組裝成具有介觀有序結(jié)構(gòu)的小球，高溫下脫去作為模板的表面活性劑，得到一種具有均勻介孔的氧化硅球，具體步驟如下(1)在40-60℃條件下將表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨溶解在有機溶劑N，N-二甲基甲酰胺和水的混合溶劑中，冷卻至室溫；(2)將適量的氨水和正硅酸乙酯加入到溶液中，電磁勻速攪拌16---25小時，直至反應(yīng)基本完全，各組分用量摩爾比為SiO2∶CTAB∶NH3∶DMF∶H2O＝1∶(0.12---0.30)∶(0.85---7.35)∶(9.6---34.2)∶(72.2---172.2)；(3)將溶液過濾得到白色粉末，用水反復(fù)洗滌2-5次，然后放入真空器中干燥；(4)將干燥后的氧化硅材料在500-600℃焙燒，脫去表面活性劑，得到介孔氧化硅球。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成方法，其特征在于在有機溶劑和水的混合溶劑總量不變的情況下，用改變混合溶劑的配比，改變介孔氧化硅球的尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成方法，其特征在于對步驟(2)的產(chǎn)物還可在100℃水熱處理24-48小時。
全文摘要
本發(fā)明屬無機分子篩材料領(lǐng)域,具體涉及一種制備納米尺寸的均勻介孔氧化硅球分離劑的方法,即在有機溶劑和水的混合溶劑中,在氨水的催化作用下,以表面活性劑為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑,與無機硅材料共組裝成具有介觀有序結(jié)構(gòu)的小球,高溫下脫去作為模板的表面活性劑,即得到一種具有均勻介孔的氧化硅球。球的直徑為數(shù)十到數(shù)百納米,并能隨著合成條件的改變而改變。由此制得的氧化硅球在吸附、分離、光學(xué)材料等方面具有較為廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號C01B39/00GK1346790SQ0112687
公開日2002年5月1日 申請日期2001年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月26日
發(fā)明者趙東元, 羅騫, 屠波, 周亞明, 李莉, 薛志元 申請人:復(fù)旦大學(xué)