[发明专利]一种制备高比表面积氧化硅的方法

说明书

技术领域

本发明属于无机孔材料领域，涉及一种制备高有序度大孔-介孔双孔、高比表面积氧化硅材料的方法。

技术背景

目前，人们采用一种由尺寸均一的聚苯乙烯小球堆积成的人造蛋白石作为模板，在其中渗入氧化硅溶胶，待溶胶凝结后，除去作为模板的聚苯乙烯小球，制得了大孔氧化硅材料。由于这种材料的大孔具有三维有序的面心立方结构，使得其具有特殊的光学性质。而且这种材料的孔在50nm以上，可以用于大蛋白的分离、催化反应等。但是，这种材料的比表面积与一般的催化剂载体相比较小，限制了其在催化方面的应用；而且这种材料的孔壁完全由氧化硅组成，限制了其在光学方面的应用。如果能将比表面积大的介孔材料和大孔材料结合起来，就能较好地解决这些问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一个制备高有序度大孔--介孔双孔、高比表面积氧化硅材料的方法。

本发明提出的制备高比表面积氧化硅材料的方法，是以表面活性剂为结构导向剂，与无机硅材料共组装成介观有序结构，并在新的大孔模板剂聚苯乙烯球的引导下通过溶胶-凝胶过程成型，高温下同时脱去分别作为介孔、大孔模板的表面活性剂和聚苯乙烯球，得到一种高有序度大孔--介孔多级氧化硅材料的方法。具体步骤如下：

(1)乙醇溶剂中，在适量盐酸的作用下，将正硅酸乙酯水解，并在表面活性剂的结构导向作用下自组装，各组份的质量比为乙醇∶表面活性剂∶正硅酸乙酯∶0.02M的盐酸∶水＝15∶(0.7-1.2)∶(1.80-2.28)∶(0.4-0.6)∶(0.4-0.6)；

(2)在室温下将分散有聚苯乙烯小球的溶液滴加在平整的基片上，聚苯乙烯小球直径为50-400nm，其溶液的重量浓度为5-30％；

(3)在抽真空的条件下让分散有聚苯乙烯小球的溶液挥发，至干；

(4)在轻微抽滤的条件下，将步骤(1)中制得的溶液滴加在聚苯乙烯球堆积的块体上，室温下待溶剂逐渐挥发，此时二氧化硅、表面活性剂在聚苯乙烯球的堆积间隙中形成有序的有机--无机介观结构，重复2-5次，直至聚苯乙烯球的间隙几乎被填满；

(5)将步骤(4)中成型的材料在500-600℃焙烧，脱去作为模板的聚苯乙烯球和表面活性剂，得到大孔--介孔多级孔材料。

在本发明中，作为大孔模板剂的聚苯乙烯球可采用直径均一的球，具体可选择直径从50nm到400nm的不同规格。通过聚苯乙烯球在溶液中自然沉降，可以将均一直径的聚苯乙烯球排列成三维面心立方结构。本发明中，聚苯乙烯小球也可选择两种不同的直径。例如，选择直径为210nm的聚苯乙烯小球和直径为130nm的聚苯乙烯小球按1∶13的摩尔比进行堆积，得AB₁₃的结构。通过扫描电子显微镜(SEM)可确认，由本发明得到的大孔--介孔多级孔材料的大孔孔径大约为聚苯乙烯小球直径的70％，通过改变聚苯乙烯小球的直径可调整大孔孔径。连续有序的块体材料可以达到几平方毫米的大小。

在本发明中，步骤(3)也可用机械压片的方式。即将聚苯乙烯球干粉在红外压片机上压成1---2毫米的片。压片的机械压力为5公斤/平方厘米。聚苯乙烯球可以以近似密堆积的方式排列。最后也可以得到大孔--介孔双孔氧化硅材料。

在本发明方法中，步骤(1)中可以采用不同的表面活性剂。例如可采用三嵌段表面活性剂Pluronic P123(EO-PO-EO，平均分子量＝5800)作结构导向剂，所得到的大孔--介孔双孔氧化硅材料中的介孔孔径可达7-9nm；也可采用十六烷基三甲基溴化胺作结构导向剂时，得到的大孔--介孔双孔氧化硅材料中的介孔孔径为2---4nm。介孔的直径可以通过低温氮气吸附实验(BET)测定。低温氮气吸附实验(BET)结果也表明了材料中的介孔具有均一的孔分布和大的比表面积。从透射电子显微镜(TEM)照片也可以清楚的看到二维有序排列的介孔孔道。改变作为介孔结构导向剂的表面活性剂的种类，可以改变最后所得到的大孔--介孔双孔氧化硅材料中的介孔孔径甚至结构，因而可以根据需要来制备适当的大孔--介孔双孔氧化硅材料。大孔--介孔双孔氧化硅材料所具有的高的比表面积、三维有序的大孔结构、有序的二维介孔孔道，使得大孔--介孔双孔氧化硅材料在光学，催化等方面有广泛的应用前景。