[发明专利]纳米尺寸的均匀介孔氧化硅球分离剂的合成方法

说明书

技术领域

本发明属于无机孔材料领域，具体涉及一种制备纳米尺寸的均匀介孔氧化硅球分离剂的方法。

技术背景

孔材料在催化、分离、吸附等方面应用广泛。为了适应一些大分子的催化反应，以及分离、吸附等方面的应用，需要使用孔径较大的孔材料。而介孔材料由于孔径在2---30nm之间，而且合成简单，因而可以应用在这些方面。当被应用于分离方面时，尤其是在应用于色谱等仪器时，需要使用球形的介孔材料。人们已经可以合成一些介孔氧化硅球形材料。但是目前能合成的介孔氧化硅球的直径大多在2至6μm和0.1至2mm之间。合成直径在1μm以下的介孔球将可以填补这个空白。另外，1μm以下的介孔球由于其直径在光的波长范围，使得其在光学领域也会有广泛的应用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能够合成纳米尺寸的均匀介孔氧化硅球分离剂的方法。

本发明提出的合成纳米尺寸的均匀介孔氧化硅球分离剂的方法，是在有机溶剂和水的混合溶剂中，在氨水的催化作用下，以表面活性剂为结构导向剂，与无机硅材料共组装成具有介观有序结构的小球，高温下脱去作为模板的表面活性剂，即得到一种具有均匀介孔的氧化硅球。具体步骤如下：

(1)在40-60℃条件下将表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶解在有机溶剂N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和水的混合溶剂中。冷却至室温；

(2)将适量的氨水和正硅酸乙酯加入到溶液中，电磁匀速搅拌16---25小时，直至反应基本完全。各组份用量摩尔比为SiO₂∶CTAB∶NH₃∶DMF∶H₂O＝1∶(0.12---0.30)∶(0.85---7.35)∶(9.6---34.2)∶(72.2---172.2)；

(3)将溶液过滤得到白色粉末，用水反复洗涤2-5次。然后放入真空器中干燥；

(4)将干燥后的氧化硅材料在500-600℃焙烧，脱去表面活性剂，得到介孔氧化硅球。

在本发明中，采用了有机溶剂N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和水的混合溶剂。混合溶剂的组成和配比对介孔氧化硅球的形状及尺寸会有影响。改变混合溶剂的配比，可以改变所得到的介孔氧化硅球的尺寸。合成介孔氧化硅小球时，表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵，有机溶剂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个较大的范围内变动。维持溶剂的总重量不变(例如为38克)，调节两溶剂的相对配比，当N，N-二甲基甲酰胺(DMF)为25克，水为13克时，获得的氧化硅球的直径可达800nm。当N，N-二甲基甲酰胺(DMF)的量减少，水的量相应增加时，得到的氧化硅的直径减小，在N，N-二甲基甲酰胺(DMF)减少到7克，水的量增加到31克时，氧化硅的直径可减少到80nm。

在本发明中，合成氧化硅球时采用了氨水作为水解反应的催化剂。氨水的量会影响所得到的球的大小。在有机溶剂N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和水的比例一定时，增加氨水的量，合成出的氧化硅小球的直径会随之增加。

在本发明中，合成过程中应该保持电磁搅拌器的搅拌速度恒定。匀速的搅拌对生成直径均一的氧化硅小球也有影响。在搅拌速度较快时，所得到的氧化硅球的直径会稍有增大。

在本发明中，采用了表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为结构导向剂，在氨水的催化下，正硅酸乙酯水解得到的氧化硅与十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)共组装成介观有序结构。同时由于有机溶剂的作用和均匀搅拌的条件，所得到的介孔氧化硅球具有均匀的球形，并且具有类似介孔材料MCM-41的介孔孔道结构。介孔氧化硅球具有均一的直径可以由扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)看出。氮气吸附--脱附实验(BET)结果表明，所得到的介孔氧化硅球具有极高的比表面和均一的孔径分布。采用了表面活性剂Aldrich P123(平均分子量5800，EO₂₀PO₇₀EO₂₀)作为结构导向剂时，所得到的介孔氧化硅球的孔径达到10nm。由此可见，改变作为模板的结构导向剂，可以改变所得到的介孔球中介孔的孔径。

在本发明中，我们还可将步骤(2)的产物在100℃水热处理了24-48小时。由X射线衍射(XRD)图谱可知，经过水热处理后，所得到的介孔氧化硅球具有更加有序的介孔结构。

具体实施方式

下面应用实施例对本发明作进一步的阐述：