[發(fā)明專利]一種使介孔材料SBA-15孔徑擴(kuò)大及模板劑有效脫除的方法及其介孔材料

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310557518.0
• 申請(qǐng)日: 2013-11-11
• 公開（公告）號(hào): CN103588219A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李永生;李楠;張興棣;施劍林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華東理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B37/00
• 分類號(hào): C01B37/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪;宋麗榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米與生物材料領(lǐng)域，特別涉及一種使介孔材料SBA-15孔徑擴(kuò)大及模板劑有效脫除的方法及其介孔材料。

背景技術(shù)

由于具有良好的孔道有序性、孔徑可調(diào)性以及制備方法的簡(jiǎn)便性，有序介孔材料自問世以來已經(jīng)吸引了越來越多研究者的關(guān)注，并在催化、蛋白分離、藥物分子的裝載釋放等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。1998年Zhao等人（D.Y.Zhao,J.L.Feng,Q.S.Huo,N.Melosh,G.H.Fredrickson,B.F.Chmelka,G.D.Stucky.Science279,548(1998)）首次以非離子型三嵌段共聚物——聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷三嵌段共聚物P123（EO₂₀PO₇₀EO₂₀）為模板劑，制備了具有二維六方孔道結(jié)構(gòu)且有序性良好的介孔SBA-15材料，并通過改變合成過程中溫度或者酸濃度等條件，實(shí)現(xiàn)了SBA-15的物理特性如形貌特征、孔徑大小等可控調(diào)節(jié)。為了擴(kuò)大SBA-15的應(yīng)用范圍，很多SBA-15的改性實(shí)驗(yàn)也獲得了令人欣喜的成果，如將鈦和鈀等過渡金屬元素與SBA-15進(jìn)行摻雜所得的材料可以發(fā)揮出良好的催化性能；對(duì)SBA-15進(jìn)行表面功能化甚至是進(jìn)一步的有機(jī)分子基團(tuán)嫁接可以賦予SBA-15良好的藥物裝載與釋放特性。

雖說SBA-15的應(yīng)用潛力很大，但是為了產(chǎn)生有序的多孔結(jié)構(gòu)，必須將合成產(chǎn)物中的模板劑脫除。目前使用較為廣泛的模板劑脫除方法分別是高溫煅燒法和溶劑萃取法。然而，煅燒處理過程對(duì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)影響比較大，最為常見的副作用為無機(jī)骨架網(wǎng)絡(luò)的收縮。鑒于此，He等人（J.He,X.B.Yang,D.G.Evans,X.Duan.Mater.Chem.Phys.77,270(2002)）使用兩步煅燒法對(duì)SBA-15進(jìn)行處理，即先煅燒至模板劑的分解溫度，經(jīng)適當(dāng)保溫后繼續(xù)加熱至550℃，如此所得材料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)與直接煅燒相比有了一定的提高；Yang等人（C.M.Yang,B.Zibrowius,W.Schmidt,F.Schuth.Chem.Mater.16,2918(2004)）提出的模板劑逐步脫除法也有很好的處理效果。對(duì)于溶劑萃取法來說，雖然該法對(duì)介孔結(jié)構(gòu)和孔壁的表面影響較小，且萃取所得模板劑可回收利用，但是該過程需要消耗大量的液體溶劑，且后處理步驟較為繁瑣。

為了使SBA-15中的模板劑得到更好的脫除，He等人（J.He,X.B.Yang,D.G.Evans,X.Duan.Mater.Chem.Phys.77,270(2002)）以及Tian等人（B.Z.Tian,X.Y.Liu,C.Z.Yu,F.Gao,Q.Luo,S.H.Xie,B.Tu,D.Y.Zhao.Chem.Commun.1186(2002)）均有利用微波處理以脫除SBA-15中模板劑的相關(guān)研究。與常規(guī)煅燒法脫除模板劑相比，微波處理法耗時(shí)短，脫除效率高，且所得產(chǎn)物結(jié)構(gòu)收縮率小，留下表面羥基較多。利用超臨界液體萃取法也可以進(jìn)行SBA-15中模板劑的脫除，Grieken等人（R.V.Grieken,G.Calleja,G.D.Stucky,J.A.Melero,R.A.Garcia,J.Iglesias.Langmuir.19,3966(2003)）在超臨界條件下以CO₂對(duì)SBA-15進(jìn)行處理，在達(dá)到模板劑脫除效果的同時(shí)，所得產(chǎn)品僅產(chǎn)生了很微量的結(jié)構(gòu)收縮，保持了均一的孔徑分布特性以及高的比表面積。值得注意的是，經(jīng)此法處理以后產(chǎn)品表面可以出現(xiàn)大量的硅醇基團(tuán)。另外，Xiao等人（L.P.Xiao,J.Y.Li,H.X.Jin,R.R.Xu.Micropor.Mesopor.Mater.96,413(2006)）利用紫外/去離子水處理法進(jìn)行SBA-15中模板劑的脫除，該法在常溫下便可進(jìn)行，簡(jiǎn)單有效。

現(xiàn)在，有序介孔材料已經(jīng)被應(yīng)用于材料科技的各個(gè)領(lǐng)域，而SBA-15作為成員之一也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。就SBA-15中模板劑的脫除方法來說，雖然已有大量相關(guān)報(bào)道，但仍存在很多缺陷：

（1）直接煅燒法雖然簡(jiǎn)便，但是會(huì)造成較大的介孔結(jié)構(gòu)收縮，在一定程度上抑制了材料的物化特性；兩步煅燒法效果雖好于直接煅燒法，但是效果提升并不明顯；

（2）溶劑萃取法與煅燒法相比，其雖然不會(huì)造成介孔結(jié)構(gòu)的收縮，但是也不可能實(shí)現(xiàn)介孔結(jié)構(gòu)的擴(kuò)張，對(duì)介孔結(jié)構(gòu)造成的影響較小，但萃取過程繁瑣，通常要萃取兩到三次模板劑才能脫除完全，這一問題同樣存在于如紫外/去離子水處理法等方法中；