[发明专利]一种采用无机钾盐反应体系合成介孔氧化硅分子筛材料的方法

说明书

技术领域

本发明属无机纳米材料技术领域，具体涉及一种采用无机钾盐反应体系合成介孔氧化硅分子筛材料的方法。

技术背景

在M41S和SBA-n系列介孔分子筛中，MCM-41和SBA-15是其中两个主要成员，两者皆有相似的一维孔道，高的比表面和优良的热稳定性。它们独特的结构赋予了它们在催化、分离等方面广阔的应用前景和重要意义。比较而言，SBA-15比MCM-41具有更大的孔径和更大的孔容，因而其在生物大分子分离、主客体材料化学方面更具应用优势。因而SBA-15的优化合成显得十分重要，其优化方向主要是：1，降低反应温度；2，降低模板剂用量。这是从能耗与经济角度考虑的。另外，具有三维孔道结构的材料由于其孔道相互连通有利于孔道中的传质过程，对它的深入研究更具有实际意义。然而，目前几乎所有的三维介孔材料的合成条件都较为苛刻，这对此类材料的应用造成很大障碍。为此，人们希望寻求较为温和的合成条件。

存在于表面活性剂溶液中的无机电解质(一般为无机盐)往往使溶液的表面活性提高。当盐浓度较小时(例如小于0.1M)，非离子表面活性剂的表面活性几乎没有显著的变化；只有盐的浓度很大时，表面活性才显出变化。无机电解质对非离子表面活性剂，其作用主要在于无机盐类对疏水基团的“盐析”(salting out)或“盐溶”(salting in)效应。值得注意的是，无机盐在起“盐析”作用时，表面活性剂的CMC与CMT值均降低。若在酸性体系中，对于聚氧乙烯(EO)链为极性头的非离子表面活性剂，链中的氧原子可以通过氢键与H₂O及H₃O⁺结合，于是这种非离子表面活性剂就带有正电性，变为“准离子性”。此时，无机电解质便会对离子氛的厚度施加影响，与前面提到的对疏水链的“盐析”作用一同影响表面活性剂的CMC和CMT值。降低了的CMC和CMT值有利于表面活性剂在低浓度与低温时的组装作用。本发明正是利用这一原理，提出了采用无机钾盐反应体系合成介孔氧化硅分子筛材料的方法，现有文献中尚未有此工作的报导。

发明内容

本发明的目的在于提出一种采用无机钾盐反应体系合成介孔氧化硅分子筛材料的方法。由该方法制备的两维或三维介孔氧化硅分子筛材料有序度高、比表面大，孔道连通。这种高效的合成方法有助于分子筛材料的的规模化生产。

本发明提出的介孔氧化硅分子筛材料的合成方法，采用无机钾盐浓溶液作为反应体系，具体步骤如下：首先将非离子表面活性剂、无机钾盐溶解于盐酸水溶液中，待表面活性剂与无机钾盐溶解后，将硅源加入该溶液中。硅源、钾盐、表面活性剂分别与2M盐酸(HCl)的质量比(即硅源/Hcl、钾盐/Hcl、表面活性剂/Hcl的比值)为：0.04～0.10、0.03～0.20、0.007～0.030；溶液于一定温度下搅拌反应12～24小时，经过溶胶、凝胶化学过程以及协同自组装过程，形成两维或三维高度有序的有机—无机复合介孔分子筛材料；该分子筛材料经水热老化，最后经高温焙烧除去表面活性剂。

本发明采用酸性催化，利用无机钾盐对非离子表面活性剂的去水化作用，依靠硅源与非离子表面活性剂的协同组装作用形成高度有序的两维和三维介孔分子筛材料。其中无机钾盐可以采用下述之一种：KCl、K₂SO₄、K₃PO₄、KHSO₄等。硅源可以是正硅酸甲酯(Si(OCH₃)₄)、正硅酸乙酯(Si(OC₂H₅)₄)、正硅酸丙酯(Si(OC₃H₇)₄)、正硅酸丁酯(Si(OC₄H₉)₄)之一种。