[发明专利]一种氧化硅介孔晶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机介孔晶体及其制备方法，特别是具有椭圆形纳米孔道的四方p2gg结构的氧化硅介孔晶体及其制备方法。

技术背景

有序介孔材料具有大的比表面积和孔体积、可调的孔结构、可调的孔径、可以修饰的表面性质以及可以控制的形貌等等优点，因而在分离、催化、传感以及作为合成其他材料的模板等各个领域都有非常大的应用潜力。在制备有序介孔材料时，通常需要用到有机表面活性剂作为结构导向剂，这些表面活性剂主要包括阳离子表面活性剂，阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂，见下列的非专利文献1～3。合成具有新型介观结构的有序多孔材料一直是有序介孔材料研究领域的热点，其不但具有重要的基础理论意义，也具有巨大的潜在应用价值。十多年来，多种具有不同介观结构的有序介孔材料的合成方法已经被报道，最近，本人利用手性阴离子表面活性剂首次合成了具有手性介观结构介孔二氧化硅材料，见非专利文献4。但是，在有序介孔材料中还有几种介观结构，包括四方晶系的p2gg结构，至今没有被发现。

非专利文献1.Kresge，C.T.，Leonowicz，M.E.，Roth，W.J.，Vartuli，J.C.&Beck，J.S.Ordered mesoporous molecular sieves synthesized by a liquid-crystaltemplate mechanism，Nature 359，710(1992).

非专利文献2.Zhao，D.et al.Nonionic triblock and star diblock copolymer andoligomeric surfactant syntheses of highly ordered，hydrothermally stable，mesoproussilica structures，J.Am.Chem.Soc.120，6024(1998).

非专利文献3.Che，S.et al.A novel anionic surfactant templating route forsynthesizing mesoporous silica with unique structure，Nature Materials 2，801(2003).

非专利文献4.Che，S.et al.Synthesis and characterization of chiral mesoporoussilica，Nature 429，281(2004).

发明内容

本发明的目的是提出一种氧化硅介孔晶体及制备方法。

本发明的一种氧化硅介孔晶体的结构特征如下：

孔道截面具有椭圆特征，孔道排列结构为四方晶系的p2gg，孔径为3～4nm，比表面积为800～1200m²/g，晶体呈现出飞碟状外形，直径为0.1～2μm。

本发明的一种氧化硅介孔晶体是以有机硅烷为氧化硅源，以阳离子表面活性剂为结构导向剂，在碱性条件下制备而出。

本发明的一种氧化硅介孔晶体的制备方法如下：

将阳离子表面活性剂溶于碱水中，搅拌并加热至313～353K，待阳离子表面活性剂完全溶解后，在保持搅拌的情况下，加入有机硅烷，加完后保持搅拌反应1～2小时，经过离心分离或者过滤得到固体物质，再用离子交换水洗涤，303～323K干燥一天，823K焙烧5～6小时，得到一种氧化硅介孔晶体；其中阳离子表面活性剂∶有机硅烷∶离子交换水∶碱的摩尔比为0.9∶6.8∶10000∶3.0～3.5。

本发明所使用的阳离子表面活性剂，其结构式如下：

R-AB

其中，R为C₁₆、C₁₈或C₂₀的直链烷烃基；A为B为Br^-或Cl^-；其中有1-十六烷基-3-甲基溴化咪唑、1-十八烷基-3-甲基溴化咪唑、1-二十烷基-3-甲基溴化咪唑、1-十六烷基-3-甲基氯化咪唑、1-十八烷基-3-甲基氯化咪唑、1-二十烷基-3-甲基氯化咪唑、十六烷基溴化吡啶、十八烷基溴化吡啶、二十烷基溴化吡啶、十六烷基氯化吡啶、十八烷基氯化吡啶、二十烷基氯化吡啶。

本发明所使用的有机硅烷为四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丙氧基硅烷、四异丙氧基硅烷、四丁氧基硅烷、二甲氧基二甲基硅烷、三甲氧基甲基硅烷或二甲氧基二异丙基硅烷。

本发明所使用的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、甲胺或乙胺。