[发明专利]一种以螯合性表面活性剂为模板的介孔复合体的制备方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种以螯合性表面活性剂为模板的介孔复合体的制备方法， 属于介孔复合体制备技术领域。

背景技术

介孔复合体是指采用物理或化学的方法将纳米尺度的金属或非金属(如有机 高分子、贵金属及其氧化物等)颗粒置入介孔固体的孔道中复合而成的材料。由 于介孔分子筛具有通道空间或纳米笼的周期性和拓扑学的完美性，利用化学修 饰手段将无机半导体，有机高分子等物质引入笼或者孔道内，可以大大改善介 孔分子筛的性能，形成优异的功能化介孔分子筛材料。这种新型材料具有高的 孔隙率(孔洞尺寸为2～50nm)和高的比表面，并且由孔与颗粒界面处的相互作 用，能够通过界面耦合及孔中微环境的变化产生一些特殊性能。这些特性是纳 米颗粒、介孔固体所不具备的，更是对应的体相材料所不具备的，极大地拓展 了纳米材料在光、电、磁等领域的应用。

到目前为止，各种各样的物理和化学组装技术，诸如：离子交换、真空注 入、直接移植、价键联接和模板导向共聚等已被应用在硅基材料MCM-41介孔分 子筛中组装异质纳米颗粒，制成具有特殊性能的超分子器件。但是，传统方法 的反应装置复杂，周期长，操作困难，而且往往不能解决颗粒在孔道内分布不 均，掺合量不易控制的问题。

发明内容

本发明在于为得到一种操作简单，普遍适用且掺合量可调的制备纳米金属 氧化物介孔复合体的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现：一种以螯合性表面活性剂为模板 的介孔复合体的制备方法，制备步骤为：

(1)40～50℃下，将Mn、Fe、Co、Cd、Zn、Pb、Cu、Ni、Hg其中之一或 混合金属盐与螯合性表面活性剂N-烷基乙二胺三乙酸钠形成螯合物水溶液，金 属盐与螯合性表面活性剂的摩尔比在0.1～0.8内任意调节，搅拌2小时，混合体 系的pH经无机酸或碱调节为6～7，继续搅拌2小时；

(2)以螯合物水溶液为模板，剧烈搅拌下向螯合物水溶液体系中加入3-氨 丙基三甲氧基硅烷，待溶液颜色开始变白，迅速加入正硅酸四乙酯，搅拌3分 钟，得到介孔复合体沉淀；

金属盐∶N-烷基乙二胺三乙酸∶3-氨丙基三甲氧基硅烷∶正硅酸四乙酯∶ 水的摩尔比为0.1～0.8∶1∶2.4～3∶3～5∶1500～2500；

(3)反应体系于室温下静置48-72小时，然后经过滤、洗涤、干燥，得到 含螯合性表面活性剂的介孔复合体粉末；

(4)所得含螯合性表面活性剂的介孔复合体粉末于500-600℃焙烧4-7小 时，即得到对应金属氧化物-二氧化硅介孔复合体。

所用螯合性表面活性剂N-烷基乙二胺三乙酸钠的结构式如下：

其中，R为C_nH_2n+1，n＝12、14或16。

混合体系的pH经无机酸或碱调节为6～7，所用无机酸为硫酸、盐酸或硝酸， 所使用的碱为氢氧化钠或氢氧化钾。

所述金属盐与螯合性表面活性剂的摩尔比在0.1～0.8内任意调节，通过改变 金属盐的浓度来控制不同的掺合量，金属盐的浓度高，则掺合量大。

所述焙烧4-7小时后的介孔复合体，其粒径在300-500nm，比表面为 450-900m²/g，孔径分布为3-8nm。

所得介孔复合体中的金属以纳米氧化物的形式均匀分散于介孔孔道中。

本发明的有益效果：

1.采用螯合性模板剂技术合成介孔复合体，对Mn、Fe、Co、Cd、Zn、Pb、 Cu、Ni、Hg等金属普遍适用，而且对于两种以及两种以上的混合金属同样适用。

2.制备过程中可通过改变金属盐的浓度来控制不同的掺合量。

3.制备的介孔复合体粒径单一，分布在300-500nm，比表面为450-900m²/g， 孔径分布为3-8nm，介孔复合体孔道结构长程有序。

4.由于螯合性表面活性剂的桥接导向作用，煅烧后复合体中的金属最终以 纳米氧化物的形式均匀分散于介孔孔道中。

附图说明

图1NiO/SiO₂介孔复合体的扫描电子显微镜(SEM)照片。

图2NiO/SiO₂介孔复合体的高分辨透射电子显微镜(HRTEM)照片。