[发明专利]一种快速高效脱除介孔氧化硅材料模板剂的方法

说明书

本发明公开了一种快速高效脱除介孔氧化硅材料模板剂的方法，该方法包括以下步骤：(1)分别称取未脱除模板剂的介孔氧化硅与高氯酸铵于坩锅中，加入乙醇，搅拌混合均匀，干燥；用锡箔纸封住坩锅口，并在锡箔纸上均匀扎出针眼大小的孔；(2)将坩锅置于马沸炉中升温至450～460℃，保温2‑8min，取出坩埚，冷却，得到脱除模板剂的介孔氧化硅。本发明方法实现了快速高效脱除介孔氧化硅材料中的模板剂，同时显著降低介孔氧化硅材料表面羟基的损失，整个处理过程简单、可控、省时节能、成本低廉，可大规模生产；与焙烧法相比较，本发明的高氯酸铵热爆法所得介孔材料的比表面积、孔径与孔体积均较大。

技术领域

本发明属于无机非金属材料制备技术领域，具体而言，涉及一种快速高效脱除介孔氧化硅材料模板剂的方法。

背景技术

介孔氧化硅材料因其具有可控的孔道结构和较高的比表面积，而被广泛用于催化、药物负载、吸附分离、传感器和纳米材料制备等相关技术领域。将新合成的无机-有机复合介观结构材料中的模板剂脱除后，才能得到介孔材料，因此模板剂的脱除是介孔材料合成过程中必不可少的步骤。然而，不同的脱除方法会影响最终得到的介孔材料的性质。焙烧法和萃取法是目前应用最广的脱除表面活性剂的两种方法，也是最有效的方法。焙烧法通常采用1～2℃/min的速率将炉内温度升至550℃，然后保持该温度6h左右，直至表面活性剂完全燃烧脱除，得到介孔材料(Nat.Mater.2003,2,159-163)。尽管焙烧是一个最常用的方法，但是其存在明显的缺点：(1)焙烧脱模需要在高温下进行，通常焙烧温度等于或高于550℃，能耗极大；(2)焙烧过程通常耗时10～15h；(3)长时间高温焙烧容易导致介孔氧化硅骨架结构塌陷，对MCM、MSU等热稳定性较差的介孔氧化硅材料的脱模适用性差。萃取法是指采用乙醇或四氢呋喃等有机溶剂作为萃取剂，多次萃取将表面活性剂除去(Chem.Mater.2001,13,4760-4766；Chem.Mater.2001,13,2999-3008)。萃取法是在常温下进行，可以弥补焙烧法的许多不足；同时萃取法也存在一些缺点，如处理过程工艺复杂，需要有机溶剂反复萃取，通常所需时间为3～6天，且很难将表面活性剂彻底脱除，费时费力，为后续实验带来一系列麻烦；此外，萃取法产生的有机废液会污染环境。除以上两种常用方法之外，还有紫外辐射法、微波消除法与高氯酸铵溶液氧化法，但是都存在明显的缺点。紫外辐射法所需时间比较长(10h以上)，且脱模率不高，不适合大量样品中表面活性剂模板的脱除(Chem.Mater.2000,12,3842-3847)。微波消除法需要浓硝酸、浓硫酸、酸性高锰酸钾、H₂O₂等强酸性、强氧化性的反应液，脱模后产生的强酸性或强氧化性废液会污染环境，需要进行繁琐、高成本的废液处理；同时，强酸性、强氧化性的反应液会导致介孔材料中一些非硅活性成分的流失或氧化脱落，不适于掺杂型介孔氧化硅材料的模板剂脱除(Chem.Commun.2002,1186-1187)。高氯酸铵溶液氧化法是将一定量的脱模前的介孔氧化硅材料置于水热釜中，加入适量的高氯酸铵和硝酸混合溶液，在80～120℃下加热6～12h，通过体系的强氧化作用脱除有机模板剂。高氯酸铵溶液氧化法使用较少，其缺点也较为明显：一是该法脱模所需处理时间较长(6～12h)；二是该法脱模的选择性有限，目前报道仅适用于介孔氧化硅材料中三嵌段共聚物PEO-PPO-PEO模板剂的选择性脱除(MicroporousMesoporous Mater.2009,118,513-517)。综上所述，模板剂的脱除是合成介孔氧化硅分子筛中很重要的一个步骤，对最终形成介孔氧化硅材料的结构参数有较大的影响。而现有方法都存在不可克服的缺点，为此需要发展新方法，从而在较低温度下、较短时间内，快速高效的完全脱除模板剂。

通过检索国内外现有技术，尚未发现有文献提出利用高氯酸铵热爆法脱除介孔氧化硅材料中的模板剂，制备高度有序、大比表面积的介孔氧化硅材料。

发明内容

针对现有介孔氧化硅材料中模板剂脱除方法存在的不足，本发明的目的在于提供一种通过高氯酸铵热爆法来脱除介孔氧化硅材料中模板剂的方法，进而得到高度有序、大比表面积的介孔氧化硅材料。