[发明专利]阶层多孔氧化硅的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于多孔材料的制备领域，具体涉及一种具有长程有序介孔结构的阶层多孔氧化硅块体材料的制备方法。

背景技术

阶层多孔材料(Hierachically porous materials)是一类同时具备大孔、介孔或微孔的梯度多孔材料。根据国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)的定义，多孔材料按它们的孔径分为：大于50nm为大孔，2～50nm为介孔，小于2nm为微孔，0.7～2nm为极微孔，小于0.7nm的孔为超微孔。阶层多孔材料所具备的大孔对客体分子(Guest Molecules)扩散到骨架活性点非常有用，存在的介孔和微孔的储存和形状又能对客体分子的选择性和主客分子间的相互反应起到关键作用。因其独特的三维阶层多孔结构,可广泛应用于催化、分离、药物缓释、生物医药等领域。目前具有连贯大孔结构的块体材料制备方法众多，如发泡法、造孔剂法、凝胶冷冻干燥、凝胶注模、模板法、溶胶-凝胶伴随相分离等。其中，溶胶-凝胶伴随相分离是新兴的多孔块体制备技术。另一方面模板法是制备单一有序介孔材料的最常用的方法之一。

但是将有序介孔结构引入具有共连续大孔骨架的块体材料中却是目前很有必要也比较难的课题，主要是因为高度有序介孔材料一般在富水溶液中制备，而共连续多孔结构需要在特定的浓度范围才能形成，两者之间是存在差异的。针对这些问题，目前在大孔骨架上引入介孔方法主要有凝胶老化法、水热法及模板法，相对前两种方法，模板法能得到孔径分布、孔形状、孔空间排布更有规则的介孔结构。Nakanishi等人(Kazuki Nakanishi,Yuki Kobayashi,Tomohiko Amatani,Kazuyuki Hirao,and Tetsuya Kodaira,Chem.Mater.2004,16,3652-3658)采用模板法针对1,2-双三甲氧基硅基乙烷前驱体系，以三嵌段共聚物聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(Pluronic P123)为模板剂，通过高温热处理将有序介孔成功引入氧化硅大孔骨架中。但是该方法仍存在介孔结构控制复杂、仍需高温处理等问题，一定程度上限制其进一步应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种阶层多孔氧化硅块体的制备方法，从而获得了具有连贯大孔及长程有序介孔结构的阶层多孔氧化硅块体材料。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种阶层多孔氧化硅块体的制备方法，包括以下步骤：

1)、将模板剂1.0～2.5g加入到浓度为0.001～0.01mol·L^-1的盐酸溶液中，磁力搅拌后，再加入膨胀剂0.5～3.5ml、作为前驱体的正硅酸甲酯(TMOS)1.5～3ml以及作为凝胶促进剂的环氧丙烷(PO)(液体)1.4ml搅拌50～70min，置于35～45℃烘箱中反应3～5天(从而实现凝胶和陈化)；

2)、对形成的凝胶用无水乙醇进行溶剂置换：

步骤1)的所得物由凝胶和液体组成；将液体倒出，然后加入无水乙醇直至浸没凝胶，得到无水乙醇替换后凝胶；

3)、将步骤2)所得的无水乙醇替换后凝胶于55～65℃的烘箱中干燥3～5d，制得阶层多孔氧化硅块体。

作为本发明的阶层多孔氧化硅的制备方法的改进：步骤1)中的模板剂为三嵌段共聚物聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(Pluronic P123)，其平均分子量为5800。

作为本发明的阶层多孔氧化硅的制备方法的进一步改进：步骤1)中膨胀剂为三甲苯(TMB)。

作为本发明的阶层多孔氧化硅的制备方法的进一步改进：步骤2)的溶剂置换方式为每隔3～5h置换一次无水乙醇，共置换3～5次。

作为本发明的阶层多孔氧化硅的制备方法的进一步改进：

1)、将作为模板剂的三嵌段共聚物聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(Pluronic P123)1.0g加入到浓度为0.001mol·L^-1的盐酸溶液7.2ml中，磁力搅拌后，再加入作为膨胀剂的三甲苯0.5ml、作为前驱体的正硅酸甲酯(TMOS)1.5ml以及作为凝胶促进剂的环氧丙烷1.4ml搅拌60min，置于35～45℃烘箱中反应3d；

2)、对形成的凝胶用无水乙醇替换溶剂：

步骤1)的所得物由凝胶和液体组成；将液体倒出，然后加入无水乙醇直至浸没凝胶，每隔3～5h置换一次无水乙醇，置换3～5次，得到无水乙醇替换后凝胶；

3)、将无水乙醇替换后凝胶在55～65℃的烘箱中干燥5d，制得阶层多孔氧化硅块体材料。