陰離子非離子混合表面活性劑導(dǎo)向下介孔二氧化硅材料的合成.pdf

1、介孔分子篩是指孔徑介于2～50 nm之間的一類無機多孔材料，它的孔道結(jié)構(gòu)高度有序，具有很高的比表面積，在多相催化、吸附、分離、傳感器等眾多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。自從1992年Mobil公司的研究人員首次報道了M41S系列的介孔材料以來，它就一直受到人們的廣泛關(guān)注。目前，越來越多的研究者以超分子模板法合成出了具有不同組成，新型孔道結(jié)構(gòu)以及具有特殊性質(zhì)的介孔材料。但是要在各種尺度上對介孔材料進行控制合成，并揭示材料結(jié)構(gòu)與性質(zhì)間的關(guān)系仍然是各

2、國科學(xué)家們函待解決的問題。只有掌握了對介孔材料的可控合成方法，才能從材料設(shè)計的角度獲得需要的功能性介孔材料，并最終將其運用到更多領(lǐng)域，實現(xiàn)商業(yè)化的應(yīng)用。因此，在微觀、介觀和宏觀尺度上對介孔材料進行控制合成，并探索其新的應(yīng)用將成為該領(lǐng)域的研究重點。 本論文分為三個部分。第一部分主要是利用陰離子表面活性劑SDS或SDBS和非離子嵌段共聚物表面活性劑P123共同導(dǎo)向合成具有立方雙連續(xù)結(jié)構(gòu)(Ia3d)的大孔徑二氧化硅分子篩材料。第二部分

3、主要是進一步考察了陰離子表面活性劑SDBS和非離子表面活性劑P123在不同酸性和合成溫度體系下合成介孔二氧化硅的相行為。第三部分主要是嘗試將陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑P123共同導(dǎo)向合成介孔二氧化硅拓展到其他體系。 先前以超分子模板法合成有序介孔材料的過程主要涉及到兩類表面活性劑：分別是以合成M41S系列介孔材料為代表的陽離子表面活性劑和以制備SBA-n系列介孔材料為代表的嵌段聚合物型非離子表面活性劑。當前，在工業(yè)上大量

4、生產(chǎn)和使用的表面活性劑中，陰、非離子兩類表面活性劑合成技術(shù)完善，生產(chǎn)成本較低，并且它們在很多情況下可以復(fù)配使用，以提高其表面活性。如果能用它們作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)性劑來合成介孔材料，可以降低材料的生產(chǎn)成本，推進介孔材料的實用化。為解決這一問題，同時保證能得到高度有序的介孔材料，在第二章中，我們利用國產(chǎn)陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDS)或十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)與非離子表面活性劑(P123)進行復(fù)配，利用其獨特的膠束行為，組裝得到了具有立

5、方雙連續(xù)結(jié)構(gòu)(Ia3d)的大孔徑二氧化硅分子篩材料。該材料具有高的比表面積(770 m<'2>/g)，大的孔容(～1.5 cm<'3>/g)和孔徑(～10 nm)。同時，該材料在950℃高溫下處理后，仍能保持其高度有序的介觀結(jié)構(gòu)，說明它具有高的熱穩(wěn)定性。在合成體系中加入無機鹽，可以實現(xiàn)對所得材料宏觀形貌的控制，制得了珊瑚狀和花瓣狀的介孔材料。我們考察了影響立方雙連續(xù)結(jié)構(gòu)二氧化硅形成的各種因素，最終給出了合成該材料的最佳實驗條件。在第二章

6、工作的基礎(chǔ)上，我們在十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)與非離子表面活性劑(P123)共混的體系中，詳細考察了在不同酸性和反應(yīng)溫度條件下制備得到產(chǎn)物的相行為。十二烷基苯磺酸鈉在酸性體系下有效的和P123形成混合膠束，通過考察酸度和溫度對于嵌段共聚物的親/疏水基團體積比的影響，不但第一次得到了溫度．酸度相圖，而且通過研究其相行為，拓展了不同酸度和溫度下合成Ia3d結(jié)構(gòu)的介孔氧化硅材料的范圍。通過調(diào)變合成體系的酸度和溫度，我們發(fā)現(xiàn)可以在20～45℃

7、的合成溫度和0.5～3.5 M HCl濃度下，合成得到具有高的比表面積和大孔徑的立方雙連續(xù)結(jié)構(gòu)(Ia3d)介孔氧化硅。我們的研究表明隨著嵌段共聚物親/疏水基團體積比的變化，疏水基團體積的增加有利于立方雙連續(xù)結(jié)構(gòu)(Ia3d)介孔氧化硅的合成。此外，我們發(fā)現(xiàn)在45℃和3.0 M HCl濃度體系下靜置合成得到的立方雙連續(xù)結(jié)構(gòu)(Ia3d)介孔氧化硅具有微管形貌，管徑在1～3 μm之間，壁厚大約為0.5 μm，管長可以達到毫米級。對該體系的研究有

8、利于更加深入理解酸性和溫度這兩個最基本的實驗參數(shù)對于產(chǎn)物介觀結(jié)構(gòu)的影響。 在第四章的工作中，我們嘗試將立方雙連續(xù)結(jié)構(gòu)(Ia3d)介孔氧化硅的合成拓展到其他陰離子和非離子表面活性劑(P123)共同導(dǎo)向體系，同時經(jīng)過對比十二烷基磺酸鈉、月桂酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉三種不同陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑P123進行復(fù)配，發(fā)現(xiàn)是否能夠成功合成具備立方雙連續(xù)結(jié)構(gòu)(Ia3d)的介孔二氧化硅材料與采用的陰離子表面活性劑密切相關(guān)。在該體系中具