[發明專利]一種硅鋁酸鹽介孔材料及其合成方法

有效

• 申請號: 201110204917.X
• 申請日: 2011-07-20
• 公開（公告）號: CN102887526A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 王全義;魏迎旭;劉中民;張瑩;李金哲;周游;陳景潤
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C01B39/04
• 分類號: C01B39/04
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 汪惠民

技術領域

本發明涉及一種無機多孔材料及其合成方法，特別涉及一種硅鋁酸鹽介孔材料及其合成方法。

背景技術

介孔材料由于具有較大的比表面積和孔體積、可調節的孔徑和孔結構、可控制的形貌和可修飾的表面性質等特點，因而在催化、吸附與分離、藥物緩釋、電子傳感以及作為合成其他材料的模板等各個領域都有潛在的應用前景。

在合成介孔材料的時候，一般條件下都要使用有機模板劑作為結構導向劑。人們經常采用的結構導向劑主要包括陽離子表面活性劑，陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑。文獻Nature?359，710-712(1992)報道了使用陽離子表面活性劑合成了形貌不規則的二氧化硅介孔材料。文獻Science?273，768-771(1996)報道了通過控制油-水界面，導向合成出了中空球形的二氧化硅介孔材料。文獻Science?282，1302-1305(1998)報道了使用中性雙子型表面活性劑合成了具有囊泡結構的二氧化硅介孔材料。最近，文獻Adv.Funct.Mater.，14，507-512(2004)報道了使用非對稱雙子型表面活性劑合成了具有條紋孔道結構的層狀二氧化硅介孔材料。另外，文獻J.Am.Chem.Soc.，132，15144-15147(2010)報道了使用嵌段共聚物和陽離子表面活性劑作為雙模板劑，合成了具有雙介孔孔道、核-殼結構的二氧化硅球形材料。然而，迄今為止，具有環形孔道結構的圓片狀硅鋁酸鹽介孔材料的合成方法在國內外文獻和專利中尚無報道。

發明內容

本發明的目的在于提出了一種合成具有環形孔道結構的圓片狀硅鋁酸鹽介孔材料的方法。

本發明的硅鋁酸鹽介孔材料的特征如下：

其化學組成為：Si_XAlO_Y其中，X＝1-500；Y＝2X+1.5；

它是具有環形孔道結構，呈圓片狀或圓片狀聚集的硅鋁酸鹽介孔材料。其中，該材料的環形孔道的直徑約為3-5nm，孔壁厚度為4-6nm，圓片的直徑為60-80nm，比表面積為500-1300m²·g^-1，孔體積為0.70-1.30cm³·g^-1。

本發明的具有環形孔道結構的圓片狀硅鋁酸鹽介孔材料采用雙子型陽離子表面活性劑作為結構導向劑，在無機堿的存在條件下，通過水熱合成的方法獲得。

具體包括以下過程和步驟：

1)初始凝膠的制備：

將硅源和鋁源按照一定比例加入到一定量的水中，攪拌均勻后，在20～60℃連續攪拌條件下加入無機堿調節體系pH值至堿性，之后再加入雙子型陽離子表面活性劑，持續攪拌1～8h，得到初始凝膠；反應溶膠的硅∶鋁∶水∶雙子型陽離子模板劑的摩爾比例為1∶0.002-1∶20-10000∶0.025-0.20。

2)水熱晶化：

將步驟1制得的反應溶膠轉移至高壓合成釜中，于90～130℃，自生壓力下水熱晶化1～6天。

3)干燥與焙燒：

將步驟2水熱晶化好的產物經洗滌過濾，并于100～120℃下干燥12～48h，最后在馬弗爐中于500～650℃下煅燒4～12h，去除雙子型陽離子表面活性劑，即得具有環形孔道結構的圓片狀硅鋁酸鹽介孔材料。

本發明步驟1中反應溶膠的pH值為8-13。

本發明步驟1中反應溶膠的硅∶鋁∶水∶雙子型陽離子模板劑的優選摩爾比例為1∶0.01-0.1∶100-1000∶0.05-0.10。

本發明所使用的無機堿為氫氧化鈉和/或氫氧化鉀。

本發明所使用的硅源為硅溶膠、硅凝膠、水玻璃、活性二氧化硅或正硅酸酯中的一種或幾種的混合物；鋁源為鋁鹽、鋁酸鹽、活性氧化鋁或烷氧基鋁中的一種或幾種的混合物。

本發明所使用雙子型陽離子表面活性劑為[C_mH_2m+1N(CH₃)₂-(CH₂)_s-N(CH₃)₂C_mH_2m+1]·X₂，簡寫為[Cm-s-m]X₂，其中m＝12，14，16，18，s＝2，3，4，5，X為Cl^-，Br^-或OH^-。