[发明专利]一种全硅介孔材料的合成方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种无机材料的合成方法，更进一步说是关于一种全硅介孔材料的合成方法。

背景技术

美国的Mobil公司首次报道了M41S系列的介孔分子筛及其合成方法，该系列材料具有均匀的颗粒度和规整的介孔结构，吸引了相关学术界的极大关注，其为大分子的催化、分离等方面带来了希望。其中，最具代表性的是MCM-41，它的介孔结构特征（Q.Huo等，NATURE，1994，368：317）是其X-射线衍射谱图在2θ为2.3°附近、4.0°附近、4.6°附近处有衍射峰。全硅介孔材料可以直接作为膜分离的材料，催化剂载体，也可以通过利用其它杂原子取代部分硅而形成含杂原子的介孔材料，用于精细化工领域，应用前景十分广阔。

由于MCM-41分子筛具有规则的均一介孔结构，人们对其在大分子精细化工和药物大分子合成等方面寄予厚望，然而按照现有方法制备MCM-41等全硅介孔材料需要很长的水解时间，合成效率较低，并且按照现有方法制备出的MCM-41等全硅介孔材料，在孔结构（包括孔径及比表面积等）及相对结晶度（有序度）等方面还有进一步改进的余地和要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种合成效率高的全硅介孔材料的合成方法。

本发明的发明人在研究过程中意外发现，在全硅介孔材料的制备过程中，将有机硅源、碱源、表面活性剂和含水溶剂直接混合后立即转入反应釜内晶化，无需单独的有机硅源的水解时间，亦能合成得到全硅介孔材料，且合成得到的全硅介孔材料的相对结晶度和孔结构参数进一步改善。基于此发现，完成了本发明。

为实现前述目的，本发明提供了一种全硅介孔材料的合成方法，其中，该方法包括：将有机硅源、碱源与表面活性剂在溶剂存在下混合，并将混合得到的混合物进行晶化处理，其中，进行晶化的混合物中的有机硅源的水解率在20重量%以下。

按照本发明的方法合成全硅介孔材料，无需单独的有机硅源水解步骤，并且晶化时间也能够缩短，提高了生产效率，且产品的相对结晶度也得到提高，孔结构参数得到改善。

具体实施方式

本发明提供了一种全硅介孔材料的合成方法，其中，该方法包括：将有机硅源、碱源与表面活性剂在含水溶剂存在下混合，并将混合得到的混合物进行晶化处理，其中，进行晶化的混合物中的有机硅源的水解率在20重量%以下。

根据本发明的方法，只要将有机硅源、碱源、表面活性剂、溶剂的混合物直接进行晶化处理即可实现本发明的目的，而无需现有常规技术所必须的有机硅源水解步骤，即便有机硅源的水解率在20重量%以下就可获得全硅介孔材料，由此不仅能够缩短全硅介孔材料的合成工艺，提高全硅介孔材料的合成效率，而且获得的全硅介孔材料相对于经过有机硅源水解步骤（即有机硅源的水解率大于20重量%，通常至少为70重量%以上，多为90重量%以上）的工艺获得的全硅介孔材料具有更好的孔道有序性（相对结晶度）和孔径分布更均一等特点。本发明优选晶化前有机硅源的水解率在0.1-10重量%，更优选0.2-5重量%，更进一步优选0.5-3重量%。

本发明中，进行晶化的混合物中的有机硅源的水解率是指进行晶化的混合物中，发生水解的有机硅源的重量相对于制备该混合物时投加的有机硅源的重量百分比。发生水解的有机硅源是指有机硅源中与硅原子相连的可水解基团中的至少一个发生水解形成羟基的有机硅源。可以通过常规定量分析方法如气相色谱法测得待晶化的混合物中发生水解的有机硅源的含量，从而计算得到所述水解率。

本发明通过水解率来与现有经过水解步骤的工艺相区别，可以通过将所述混合得到的混合物未经水解步骤直接进行晶化处理，所述混合的步骤和条件可以参照现有技术进行，例如，所述混合一般在敞开环境中，低温（如0～80℃；从易于操作的角度出发，优选20～50℃）下，将有机硅源、表面活性剂与碱源和含水溶剂混合，从而得到有机硅源的水解率符合前文所述要求的混合物。所述混合的时间可以根据混合的温度以及预期的水解率进行选择。现有技术一般在将有机硅源等物料进行简单混合后升温（通常还伴随除醇操作）进行水解，水解至硅酸酯水解率达到80重量%以上后再将水解所得产物进行晶化。水解的温度一般为60-100℃，水解的时间通常为1-24小时。而本发明的方法则不包括上述升温水解的过程。