[发明专利]一种功能化介孔氧化硅复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种功能化介孔氧化硅复合材料及其制备方法与应用，涉及功能材料技术领域。包括以下步骤：制备介孔氧化硅；将介孔氧化硅与香豆素衍生物均匀分散于有机溶剂中，获得中间物；利用紫外光对获得的中间物进行照射，使介孔氧化硅孔道中的香豆素衍生物发生二聚反应，即得功能化介孔氧化硅复合材料。本发明在介孔氧化硅的孔道内引入香豆素衍生物。借助于香豆素独特的光响应性质，在不同波长的紫外光照射下，香豆素分子发生二聚反应和裂解反应。香豆素二聚体结构与吸附质之间产生电荷的共轭效应，使其具有良好的吸附选择性。

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，具体涉及一种功能化介孔氧化硅复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

作为一种清洁能源，天然气不仅安全性良好、单位热值高，且几乎不含硫、粉尘和其他有害物质，能显著减少二氧化硫、粉尘及氮氧化合物等排放量，有助于减少酸雨的形成；同时，其燃烧时产生的二氧化碳少于煤炭等其他化石燃料，减缓地球温室效应，从根本上改善环境质量。天然气主要由CH₄(通常为80–95％)组成，并含有CO₂等杂质，CO₂的存在不仅降低了天然气的质量，而且会造成运输管道和储存设备腐蚀，因此，从天然气中分离出CO₂至关重要。目前，对于天然气脱碳一般采用醇胺吸收法和膜分离法等，这些方法虽然可以满足天然气的脱碳要求，但在处理过程中所需能耗大，成本高。吸附分离由于设备投入成本较低，操作简单以及能源利用率高等优势，在天然气脱碳领域具有广阔的应用前景。

介孔氧化硅是一类新型多孔材料，这类材料不仅孔道结构有序、孔径单一分布且可调控范围宽、介孔形状多样、比表面积大，还具有较高的水热稳定性，使其在吸附分离、生物医学、催化等领域具有较高的研究价值；同时，介孔氧化硅表面含有大量的硅羟基，易于对其进行表面化学改性，使其成为一种很有前途的新型复合材料。然而，介孔氧化硅材料在CH₄/CO₂吸附分离体系中吸附选择性较低，难以运用于天然气脱碳领域。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述背景技术中存在的不足，提供了一种功能化介孔氧化硅复合材料及其制备方法与应用。该复合材料利用介孔氧化硅孔道表面的硅羟基与硅烷化的香豆素衍生物反应，在介孔氧化硅的孔道内引入香豆素衍生物，该香豆素衍生物能够在不同波长的紫外光照下发生二聚反应和裂解反应，二聚体对于CO₂具有良好的吸附选择性。

本发明第一个目的是提供一种功能化介孔氧化硅复合材料制备方法，包括以下步骤：

制备介孔氧化硅；

将介孔氧化硅与香豆素衍生物均匀分散于有机溶剂中，获得中间物；

利用紫外光对获得的中间物进行照射，使介孔氧化硅孔道中的香豆素衍生物发生二聚反应，即得功能化介孔氧化硅复合材料。

优选的，所述紫外光的波长波长为310～400nm。

优选的，所述香豆素衍生物结构为：

所述香豆素衍生物与介孔氧化硅的质量比为0.1～1:1。

优选的，所述介孔氧化硅包括MCM-41、MCM-48、SBA-15中的一种或几种。

更优选的，所述MCM-41是按照以下步骤制得：

将十六烷基三甲基溴化铵溶于去离子水中，加入氢氧化钠，搅拌并加热至80～100℃后，加入正硅酸四乙酯，反应1～5h，经冷却，抽滤，洗涤后获得固体样品，随后将固体样品分散于乙醇中，并滴入浓度为1mol/L的盐酸溶液，于80℃下回流4h，对滤出固体洗涤，即得MCM-41；其中，十六烷基三甲基溴化铵、正硅酸四乙酯、氢氧化钠、去离子水的摩尔比为1:5～15:1～5:4000～6000。

更优选的，所述MCM-48是按照以下步骤制得：