[发明专利]一种特殊形貌的有序介孔二氧化硅材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，特别涉及一种介孔材料的制备方法以及以该方法制备得到的介孔材料的形貌，具体是一种特殊形貌的有序介孔二氧化硅材料的制备方。

背景技术

介孔二氧化硅是孔径在2-50nm的一种固体材料。自从Mobile公司研究人员于1992年首次合成出M41S系列介孔材料以后，因其具有孔道结构规整、孔道大小可调、比表面积较大、水热稳定性较高、吸附孔容较大、形貌各异等优点而倍受人们的广泛关注。形貌影响其作为催化剂载体时催化反应的反应动力学因素，在药物控释、化肥缓释中影响缓释时间等应用效果；孔道结构参数影响其作为有机反应时限域内的产物种类和选择性，影响其作为复制模板时的反相产品的孔道结构参数等应用范围。因而在合成介孔二氧化硅时调控其形貌的同时也调控孔径，将会使得其在催化剂制备、医药、控释肥等方面存在巨大的潜在应用。

对介孔二氧化硅形貌和孔道的调节总的来说分为两种：一种是在合成出产品后进一步来改性和修饰，从而使其具有新的功能；另一种是通过调节合成过程中的温度和时间、表面活性剂与硅源的配比、共溶剂或是助剂的添加。这些调节方法中有的对有序介孔二氧化硅的形貌调节很小，例如形貌的改变只是将“薯片”变成 “球形”，有的方法更是不仅不环保而且操作方法上相当复杂，例如向其中加入对环境有较大危害的胺类物质。因而通过简单环保的方法合成出不同形貌、不同孔径大小的介孔二氧化硅，至今还是一项热门的研究课题。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种制备有序的，用途更加广泛的特种异形形貌二氧化硅材料的制备方法，具体是一种特殊形貌的有序介孔二氧化硅材料的制备方。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种特殊形貌的有序介孔二氧化硅材料的制备方法，包括如下步骤：

1）将表面活性剂溶于去离子水中，配制成表面活性剂的质量百分浓度为1.7%-4.9%的溶液，向该溶液中滴加硝酸，调节溶液[H⁺]浓度为1.2-2.8mol/L；其中，所述的表面活性剂为三嵌段共聚物P123；

2）向步骤1）中的溶液中按表面活性剂与硅源的摩尔比为0.018-0.022投入硅源，进行水浴处理，水浴温度为28-48℃，水浴时间10-36h；其中，所述的硅源为正硅酸乙酯或硅酸钠；

3）分离出步骤2）中得到的固体物质，将固体物质溶于硝酸溶液中，固体物质占硝酸溶液的质量百分浓度为3%-8%，硝酸溶液的摩尔浓度为0.4-10mol/L；

4）将步骤3）中得到的溶液进行水热处理，水热处理温度为95-180℃，时间为24-150 h；

5）将步骤4）中得到的固液混合物进行分离、干燥、焙烧，或者进行分离、干燥、抽提，最后即得到有序介孔二氧化硅材料。

进一步地，在步骤2）的水浴处理过程中伴随搅拌，搅拌转速不大于80转/分钟，优选20转/分钟。

步骤5）中的分离为真空过滤，抽提时以乙醇或吡啶做提取剂。

本发明以硝酸作溶剂，三嵌段共聚物P123为模板剂，正硅酸乙酯或硅酸钠为硅源，通过调节水浴处理、水热处理的温度和酸度，三嵌段共聚物P123与硅源的摩尔比，以及在自组装过程的搅拌的转速，可以使产物一层一层的卷曲并最终形成形貌为“铜钱”状的颗粒（“铜钱”状颗粒即外形为圆形、中间为孔状，由有序孔结构卷曲形成），“铜钱”状的颗粒半径为1.2μm-4.8μm，比表面积564-1096m²/g，总孔容0.35-1.27cm³/g。

其中最为优异的条件为表面活性剂溶于去离子水时，表面活性剂的质量百分浓度为2.1%-3.1%，浓度过大团聚明显，浓度过小分散性太大，合成出的该种形貌不是很好；之后调节的溶液的[H⁺]浓度最优为1.8-2.6mol/L，浓度过大反应太快，形成的“铜钱”半径太小，浓度过小反应太慢合成出的形貌不规整，表面活性剂与硅源配比为0.018-0.022，太高或太低对资源的利用率都会降低。