[发明专利]一种使介孔材料SBA-15孔径扩大及模板剂有效脱除的方法及其介孔材料

说明书

技术领域

本发明涉及纳米与生物材料领域，特别涉及一种使介孔材料SBA-15孔径扩大及模板剂有效脱除的方法及其介孔材料。

背景技术

由于具有良好的孔道有序性、孔径可调性以及制备方法的简便性，有序介孔材料自问世以来已经吸引了越来越多研究者的关注，并在催化、蛋白分离、药物分子的装载释放等领域展现出广阔的应用前景。1998年Zhao等人（D.Y.Zhao,J.L.Feng,Q.S.Huo,N.Melosh,G.H.Fredrickson,B.F.Chmelka,G.D.Stucky.Science279,548(1998)）首次以非离子型三嵌段共聚物——聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物P123（EO₂₀PO₇₀EO₂₀）为模板剂，制备了具有二维六方孔道结构且有序性良好的介孔SBA-15材料，并通过改变合成过程中温度或者酸浓度等条件，实现了SBA-15的物理特性如形貌特征、孔径大小等可控调节。为了扩大SBA-15的应用范围，很多SBA-15的改性实验也获得了令人欣喜的成果，如将钛和钯等过渡金属元素与SBA-15进行掺杂所得的材料可以发挥出良好的催化性能；对SBA-15进行表面功能化甚至是进一步的有机分子基团嫁接可以赋予SBA-15良好的药物装载与释放特性。

虽说SBA-15的应用潜力很大，但是为了产生有序的多孔结构，必须将合成产物中的模板剂脱除。目前使用较为广泛的模板剂脱除方法分别是高温煅烧法和溶剂萃取法。然而，煅烧处理过程对产物的结构影响比较大，最为常见的副作用为无机骨架网络的收缩。鉴于此，He等人（J.He,X.B.Yang,D.G.Evans,X.Duan.Mater.Chem.Phys.77,270(2002)）使用两步煅烧法对SBA-15进行处理，即先煅烧至模板剂的分解温度，经适当保温后继续加热至550℃，如此所得材料的结构与性质与直接煅烧相比有了一定的提高；Yang等人（C.M.Yang,B.Zibrowius,W.Schmidt,F.Schuth.Chem.Mater.16,2918(2004)）提出的模板剂逐步脱除法也有很好的处理效果。对于溶剂萃取法来说，虽然该法对介孔结构和孔壁的表面影响较小，且萃取所得模板剂可回收利用，但是该过程需要消耗大量的液体溶剂，且后处理步骤较为繁琐。

为了使SBA-15中的模板剂得到更好的脱除，He等人（J.He,X.B.Yang,D.G.Evans,X.Duan.Mater.Chem.Phys.77,270(2002)）以及Tian等人（B.Z.Tian,X.Y.Liu,C.Z.Yu,F.Gao,Q.Luo,S.H.Xie,B.Tu,D.Y.Zhao.Chem.Commun.1186(2002)）均有利用微波处理以脱除SBA-15中模板剂的相关研究。与常规煅烧法脱除模板剂相比，微波处理法耗时短，脱除效率高，且所得产物结构收缩率小，留下表面羟基较多。利用超临界液体萃取法也可以进行SBA-15中模板剂的脱除，Grieken等人（R.V.Grieken,G.Calleja,G.D.Stucky,J.A.Melero,R.A.Garcia,J.Iglesias.Langmuir.19,3966(2003)）在超临界条件下以CO₂对SBA-15进行处理，在达到模板剂脱除效果的同时，所得产品仅产生了很微量的结构收缩，保持了均一的孔径分布特性以及高的比表面积。值得注意的是，经此法处理以后产品表面可以出现大量的硅醇基团。另外，Xiao等人（L.P.Xiao,J.Y.Li,H.X.Jin,R.R.Xu.Micropor.Mesopor.Mater.96,413(2006)）利用紫外/去离子水处理法进行SBA-15中模板剂的脱除，该法在常温下便可进行，简单有效。

现在，有序介孔材料已经被应用于材料科技的各个领域，而SBA-15作为成员之一也发挥着至关重要的作用。就SBA-15中模板剂的脱除方法来说，虽然已有大量相关报道，但仍存在很多缺陷：

（1）直接煅烧法虽然简便，但是会造成较大的介孔结构收缩，在一定程度上抑制了材料的物化特性；两步煅烧法效果虽好于直接煅烧法，但是效果提升并不明显；

（2）溶剂萃取法与煅烧法相比，其虽然不会造成介孔结构的收缩，但是也不可能实现介孔结构的扩张，对介孔结构造成的影响较小，但萃取过程繁琐，通常要萃取两到三次模板剂才能脱除完全，这一问题同样存在于如紫外/去离子水处理法等方法中；