[发明专利]在结构中含有金属元素的中孔无机复合物粉末及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种中孔无机复合物粉末，该粉末是以经济的方式通过简单 的方法用金属元素如钛或锌部分取代中孔二氧化硅粉末的骨架结构中的二 氧化硅而制备的，且同时该粉末保持了与由纯二氧化硅骨架组成的中孔材料 相似的结构均匀性，本发明还涉及制备该中孔无机复合物粉末的方法。

此外，本发明还涉及一种中孔无机复合物粉末，该粉末是通过进一步将 金属如铈和铁的氧化物负载至所述金属元素取代的中孔无机复合物粉末的 孔内而制备的，且因此该粉末具有在宽的波长范围内的UV(UV-A和UV-B) 阻挡能力以及改善的触感和安全性，本发明还涉及该中孔无机复合物粉末的 制备方法。

背景技术

中孔二氧化硅粉末是一种中孔分子筛。它是中孔规则排列的中孔分子 筛。自从美国专利No.5,057,296和5,102,643公开了由Mobil Oil Corporation 的研究人员在1991年使用离子型表面活性剂作为结构衍生物而制备的指定 为M41S系列的新型中孔分子材料以来，关于这种中孔分子筛的研究已经在 全世界活跃地进行。与合成现有的分子筛不同，该中孔分子筛通过液晶模板 机理而合成，并且其优点是，在合成过程中通过控制作为模板材料的表面活 性剂的种类或者合成条件可以将其孔径控制在2-50nm。

美国专利No.6,027,706和6,054,111以及Science，Vol.279，pp 548，1998 公开了使用两性嵌段共聚物(amphiphilic block copolymer)作为非离子表面 活性剂而制备的中孔材料。在沸石的情况中，单独的有机或无机分子一般作 为用于诱导多孔结构的模板材料，而在中孔材料的情况，由几种表面活性剂 分子的组合组成的胶束结构诱导孔。众所周知，表面活性剂一般由亲水头部 分和疏水尾部分组成，且因此在水溶液中形成各种自组装的胶束和液晶结 构。位于这种胶束或液晶结构表面的亲水部分与无机前躯体相互作用，以形 成有机/无机纳米复合物，并且从该纳米复合物中除去表面活性剂即可提供中 孔材料。

与具有小于1.5nm孔径的微孔材料如现有的沸石或AIPO系材料不同， 该中孔材料的孔径可以增加至中孔范围(2-50nm)。因此，使得在分子筛材 料的应用受限的领域中使用分子筛材料成为可能。例如，具有增长的孔径的 这种分子筛材料可以应用于催化转化反应以及尺寸大于微孔材料孔径的分 子的吸附和分离。这种具有规则孔的中孔材料具有非常大的表面积(＞700 m²/g)，使得吸附原子和分子的能力优异。而且，该中孔材料具有恒定的孔 径，因此用作催化活性材料如过渡金属化合物和氧化胺的载体。另外，预期 该中孔材料用作导电材料、光学显示材料、化学传感剂、用于精细化学和生 物应用的粉末、具有新的机械和热性能的绝缘材料以及封装材料，并可以用 于很多应用。

然而，由于由纯二氧化硅骨架组成的中孔无机复合物粉末不具有其它特 性，包括离子交换能力或紫外(UV)阻挡作用，因此在将中孔无机复合物 粉末应用于化妆品应用时受到限制。这种限制可以通过将其它金属元素取代 至骨架中而得以解决。然而，如果在制备分子筛的过程中添加金属，所制备 的中孔二氧化硅粉末与纯二氧化硅粉末相比，会显示出结构均匀性的降低。 例如，在Si/Al比小于30的MCM-41的情况中，其结构明显降低(Luan et al.， Journal of Physical Chemistry，vol.99，pp.1018-1024，1995)。在尝试克服该缺 点中，韩国专利注册No.0502449公开了在保持粉末的结构均匀性的同时将 金属取代至骨架结构中而不考虑中孔无机复合物粉末的种类的后处理方法。

然而，该方法是使用金属前躯体和合适的有机溶剂将金属取代至具有完全合 成的二氧化硅骨架结构的分子筛材料中，并包括在形成二氧化硅骨架后将金 属取代至二氧化硅骨架中的方法。因此，该方法需要复杂的制备过程，具有 很低的经济效率，并因此在其应用上受到限制。

因此，需要开发保持中孔材料的结构均匀性、并同时应用较简单的过程 的制备方法，该方法产生了增长的经济效率。