[发明专利]一种硅铝酸盐介孔材料及其合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机多孔材料及其合成方法，特别涉及一种硅铝酸盐介孔材料及其合成方法。

背景技术

介孔材料由于具有较大的比表面积和孔体积、可调节的孔径和孔结构、可控制的形貌和可修饰的表面性质等特点，因而在催化、吸附与分离、药物缓释、电子传感以及作为合成其他材料的模板等各个领域都有潜在的应用前景。

在合成介孔材料的时候，一般条件下都要使用有机模板剂作为结构导向剂。人们经常采用的结构导向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。文献Nature 359，710-712(1992)报道了使用阳离子表面活性剂合成了形貌不规则的二氧化硅介孔材料。文献Science 273，768-771(1996)报道了通过控制油-水界面，导向合成出了中空球形的二氧化硅介孔材料。文献Science 282，1302-1305(1998)报道了使用中性双子型表面活性剂合成了具有囊泡结构的二氧化硅介孔材料。最近，文献Adv.Funct.Mater.，14，507-512(2004)报道了使用非对称双子型表面活性剂合成了具有条纹孔道结构的层状二氧化硅介孔材料。另外，文献J.Am.Chem.Soc.，132，15144-15147(2010)报道了使用嵌段共聚物和阳离子表面活性剂作为双模板剂，合成了具有双介孔孔道、核-壳结构的二氧化硅球形材料。然而，迄今为止，具有环形孔道结构的圆片状硅铝酸盐介孔材料的合成方法在国内外文献和专利中尚无报道。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种合成具有环形孔道结构的圆片状硅铝酸盐介孔材料的方法。

本发明的硅铝酸盐介孔材料的特征如下：

其化学组成为：Si_XAlO_Y其中，X＝1-500；Y＝2X+1.5；

它是具有环形孔道结构，呈圆片状或圆片状聚集的硅铝酸盐介孔材料。其中，该材料的环形孔道的直径约为3-5nm，孔壁厚度为4-6nm，圆片的直径为60-80nm，比表面积为500-1300m²·g^-1，孔体积为0.70-1.30cm³·g^-1。

本发明的具有环形孔道结构的圆片状硅铝酸盐介孔材料采用双子型阳离子表面活性剂作为结构导向剂，在无机碱的存在条件下，通过水热合成的方法获得。

具体包括以下过程和步骤：

1)初始凝胶的制备：

将硅源和铝源按照一定比例加入到一定量的水中，搅拌均匀后，在20～60℃连续搅拌条件下加入无机碱调节体系pH值至碱性，之后再加入双子型阳离子表面活性剂，持续搅拌1～8h，得到初始凝胶；反应溶胶的硅∶铝∶水∶双子型阳离子模板剂的摩尔比例为1∶0.002-1∶20-10000∶0.025-0.20。

2)水热晶化：

将步骤1制得的反应溶胶转移至高压合成釜中，于90～130℃，自生压力下水热晶化1～6天。

3)干燥与焙烧：

将步骤2水热晶化好的产物经洗涤过滤，并于100～120℃下干燥12～48h，最后在马弗炉中于500～650℃下煅烧4～12h，去除双子型阳离子表面活性剂，即得具有环形孔道结构的圆片状硅铝酸盐介孔材料。

本发明步骤1中反应溶胶的pH值为8-13。

本发明步骤1中反应溶胶的硅∶铝∶水∶双子型阳离子模板剂的优选摩尔比例为1∶0.01-0.1∶100-1000∶0.05-0.10。

本发明所使用的无机碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾。

本发明所使用的硅源为硅溶胶、硅凝胶、水玻璃、活性二氧化硅或正硅酸酯中的一种或几种的混合物；铝源为铝盐、铝酸盐、活性氧化铝或烷氧基铝中的一种或几种的混合物。

本发明所使用双子型阳离子表面活性剂为[C_mH_2m+1N(CH₃)₂-(CH₂)_s-N(CH₃)₂C_mH_2m+1]·X₂，简写为[Cm-s-m]X₂，其中m＝12，14，16，18，s＝2，3，4，5，X为Cl^-，Br^-或OH^-。