[发明专利]一种中空介孔壳层球形氧化硅材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及中空介孔壳层球形氧化硅材料，具体地说是一种中空介孔壳层球形氧化硅材料的制备方法。

背景技术

1992年Mobil公司首次报道了高比表面积、高有序度的M41S系列介孔材料(U.S.Patent5057296；U.S.Patent5098684；Nature，1992，359：710)以来，不同形貌介孔材料的合成及其在催化、分离、传感器、微电极及半导体材料等方面的应用受到了普遍的关注。通常材料的结构形貌对其应用有重要的影响，壳层具有单一孔径分布的中空的球形材料不仅可以大幅度提高客体分子的装载量，而且更有利于客体分子的内外传输，同时由于单一的孔道限制作用，可以起到明显的选择分离吸附作用。

在硬模板合成核壳结构材料的研究中，由于核大小的可控性及表面性质的可调性，聚苯乙烯球作为硬模板受到了研究者的关注。Zhu等(JACS，2001，173：7723)利用磺化处理过的聚苯乙烯微球(PS)为模板，在其外表面自组装形成一层二氧化硅介孔球，经培烧除去PS制得空心核壳结构的氧化硅球。Yoon等(Current applied physics2006，6：1059)以PS为模板，在酸性条件下使得正硅酸乙酯(TEOS)在其表面水解自组装，去除模板后制得中空介孔球形氧化硅材料。然而，在碱性条件下，以CTAB和未经处理PS为双模板制备壳层具有有序孔道结构的中空氧化硅材料未见报道。

本发明是在乙醇和水的混合溶剂中，以阳离子表面活性剂作为结构导向剂，使得无机硅材料在聚苯乙烯球表面自组装成具有介孔结构均匀氧化硅球，经高温焙烧去除模板剂，制得一种亚微米到微米、尺寸均匀、具有介孔壳层的中空氧化硅球。本发明所采用的合成条件温和、操作简单、最终得到的球形材料分散性好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单，条件温和的中空介孔壳层球形氧化硅材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是以聚苯乙烯球和十六烷基三甲基溴化铵为双模板，在乙醇水溶液中，以氨水为水解催化剂，使得无机硅材料在聚苯乙烯球表面自组装成具有介孔结构有均匀球，经高温焙烧制得亚微米到微米、尺寸均匀、中空介孔壳层球形氧化硅材料。

本发明提供的制备上述中空介孔壳层球形氧化硅材料的方法，其步骤为：

1、在5-80℃条件下，将0.5-10g聚苯乙烯树脂球分散于10-100mL乙醇及10-100mL去离子水中，超声搅拌5-30min；

2、将0.001-0.2mol十六烷基三甲基溴化铵溶于上述体系中，搅拌30min；

3、将氨水1-20mL加入到上述2的体系中，搅拌5min；

4、将1-10mL TEOS加入到上述3的体系中，搅拌2-24h；

5、将上述反应液过滤得到白色粉末，用水和乙醇分别洗涤3-5次，然后20-50℃条件下干燥；

6、将干燥得到白色粉末，在500-800℃下培烧4-7h，得到均匀的具有介孔壳层结构的中空氧化硅材料。

所制备的材料的比表面积为800-2000m²/g，孔径为1.8-3.5nm，孔容为0.5-0.8mL/g；其是球心中空、球壁具有蠕虫状介孔的三维材料。

本发明涉及的介孔壳层中空的氧化硅球材料及其制备方法具有以下特点：

氧化硅球的壳层为规整的介孔结构；

氧化硅材料的壳层孔道分布均匀；

空心结构的核大小和壳层的厚度可以灵活的调节；

这种空心结构有利于客体分子的传输和选择，提高客体分子的储藏量和实现选择储藏和释放；

空心球形材料的分散性良好；

本制备方法是在碱性条件下，常温常压下可以一步直接实现，制备工艺简单，条件温和。

附图说明

图1为实施例制备的材料的焙烧前后的小角度X射线衍射谱图；

图2为实例1所得材料焙烧前扫描电镜照片；

图3为实例1所得材料焙烧后扫描电镜照片；

图4为实例1所得材料焙烧后的透射电镜照片；

图5为实例1所得材料焙烧后表面的透射电镜照片。

具体实施方式

本发明结合以下实例作进一步的说明，但本发明的内容不仅限于实例中所涉及的内容。

实施例1