[发明专利]一种表面改性有序介孔二氧化硅复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面改性有序介孔二氧化硅复合材料及其制备方法，属于多孔纳米材料技术领域。

背景技术

按照国际纯粹与应用化学协会(IUPAC)的定义，孔径在2～50nm范围的多孔材料称为介孔材料。1992年，Mobil公司首次研制出新型M41S系列介孔二氧化硅材料，引起了研究人员的极大关注。介孔二氧化硅材料由于具有较高的比表面积、较大的孔容、规则可调的孔径分布和稳定的骨架结构，在吸附、催化、分离和药物传输等领域有着广泛的应用前景。之后，人们陆续合成了HMS、MSU、FDU和SBA等一系列介孔二氧化硅材料。这些介孔材料普遍具有较高的比表面积和孔径可调的规则孔道结构。由于二氧化硅本身的晶体结构特点，表面硅原子容易和表面吸附水结合，保持氧的四面体配位，因此在介孔二氧化硅的孔道内壁表面存在大量的硅羟基，这些羟基一方面可用来固定活性基团，赋予介孔分子筛新的性能；另一方面，大量端羟基的存在，使得介孔分子筛对环境湿度非常敏感，长期暴露于空气环境不利于保持其结构稳定性。表面烷基化修饰改性可潜在增强二氧化硅介孔材料的疏水性，改善孔结构稳定性，有利于材料在空气环境中的保存和运输。因此，对这些有序介孔材料进行表面改性成为当前研究热点之一。

过去，人们在纳米二氧化硅粉体和二氧化硅气凝胶的表面改性方面做了一系列工作，以改善纳米粉体的团聚现象，增强气凝胶组织的机械性能和疏水性。如：

解晓玲等人(解晓玲，郭李有，许并杜，纳米二氧化硅表面改性的研究，应用化工，2007，36(7)，703-704)采用钛酸酯对纳米二氧化硅颗粒进行表面改性研究，使颗粒由亲水性变为疏水性，提高了同聚合物胶料的亲合性。冯军宗等人(冯军宗，冯坚，高庆福，武纬，六甲基二硅氮烷对二氧化硅气凝胶的表面改性，硅酸盐学报，36(S1)，89-94)利用气相六甲基二硅氮烷与二氧化硅气凝胶进行反应，得到了水接触角约为120°的疏水性气凝胶，并使热稳定性和机械强度得到了一定程度的提高。CN200910039501X公开了一种采用有机高分子材料复合制备高机械性能二氧化硅气凝胶的方法，得到了具有一定强度和柔韧性的纳米多孔材料。

发明内容

本发明的目的在于，通过对有序介孔二氧化硅材料进行表面改性，改善其表面疏水性，有利于孔道结构的稳定。

针对上述发明目的，本发明提供一种有序介孔二氧化硅复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)对有序介孔二氧化硅材料进行脱气处理；

(2)在惰性气体条件下，将经过脱气处理的有序介孔二氧化硅材料与有机硅烷在能够溶解该有机硅烷的有机溶剂中接触，之后过滤、洗涤、干燥，制得有序介孔二氧化硅复合材料。

本发明还提供了由上述本发明的方法制得的有序介孔二氧化硅复合材料。

本发明利用有序介孔二氧化硅材料的表面羟基和有机硅烷发生缩合反应，使烃基链接到材料的孔壁上，增加了材料的疏水性。本发明优点在于合成设备简单、合成工艺容易操作等特点。本发明制备的改性介孔二氧化硅材料比表面积较高，孔道结构有序稳定，并可在多个领域有潜在应用。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的有序介孔二氧化硅材料的透射电镜照片；

图2为本发明实施例1制备的有序介孔二氧化硅材料的氮气吸附-脱附等温线和孔径分布图；

图3为本发明实施例1制备的硅氮烷改性的有序介孔二氧化硅材料的透射电镜照片；

图4为本发明实施例1制备的硅氮烷改性的有序介孔二氧化硅材料的氮气吸附-脱附等温线和孔径分布图。

具体实施方式

本发明提供了一种有序介孔二氧化硅复合材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

(1)对有序介孔二氧化硅材料进行脱气处理；

(2)在惰性气体条件下，将经过脱气处理的有序介孔二氧化硅材料与有机硅烷在能够溶解该有机硅烷的有机溶剂中接触，之后过滤、洗涤、干燥，制得有序介孔二氧化硅复合材料。

其中，所述的有机硅烷的浓度为0.06～0.15毫升/毫升，所述有机硅烷与有序介孔二氧化硅材料的重量比为5～24∶1。

所述有序介孔二氧化硅材料可以为选自SBA-15、MCM-41、SBA-16和MCM-48中的一种或多种。