[發(fā)明專利]一種納米尺度有序介孔二氧化硅球及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510549267.0
• 申請日: 2015-09-01
• 公開（公告）號: CN105236427B
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐麗;鄧怡杰;劉國際;孫曉波;孫會嶺
• 申請（專利權(quán)）人: 鄭州大學(xué)
• 主分類號: C01B33/18
• 分類號: C01B33/18;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 鄭州先風(fēng)專利代理有限公司41127
• 代理人: 黃偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無機(jī)多孔材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米尺度有序介孔二氧化硅球及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來，有序介孔二氧化硅材料因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性及形貌（巨大的比表面積、有序的孔道結(jié)構(gòu)、良好的熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性），被廣泛地應(yīng)用于多相催化、藥物輸送、納米反應(yīng)器、色譜固定相、吸附劑、輕質(zhì)材料填料等合成和制造領(lǐng)域。

材料的性能與材料的顆粒大小和形貌密切相關(guān)，傳統(tǒng)的有序介孔氧化硅的顆粒尺寸一般在微米至厘米間，且形貌不均一，比表面小，而這些性質(zhì)在很大程度上影響了有序介孔氧化硅材料在電化學(xué)、光催化、電磁學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用。近年來，隨著納米技術(shù)的迅速發(fā)展，具有新穎拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的納米粒子引起了人們的極大興趣。特別是納米尺度有序介孔二氧化硅球，因其導(dǎo)電系數(shù)低、熱力學(xué)穩(wěn)定性高、具有有序開放孔道結(jié)構(gòu)和較高比表面積等優(yōu)點(diǎn)，具有極為廣闊的應(yīng)用前景。因此，開發(fā)尺寸大小均一且可控、形貌規(guī)則納米尺度有序介孔氧化硅材料的制備方法成為當(dāng)前材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

離子液體是指在室溫或接近室溫下呈現(xiàn)液態(tài)的、完全由陰陽離子所組成的鹽。離子液體因其本身所具有的許多傳統(tǒng)溶劑所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)及其作為一種綠色溶劑在有機(jī)、高分子物質(zhì)以及納米材料合成上的應(yīng)用，受到越來越多的化學(xué)工作者的關(guān)注。中國專利CN102826558A公開了一種介孔二氧化硅膜的制備方法，它是以離子液體為溶劑，以硅酸酯為原料，通過溶膠-凝膠成膜、老化、干燥得到高孔隙率的介孔二氧化硅膜。中國專利CN103613101A公開了一種具有樹枝狀孔道結(jié)構(gòu)的介孔二氧化硅納米球的制備方法。該方法以十六烷基三甲基對甲基苯磺酸銨鹽為模板劑、有機(jī)小分子胺為堿源、四烷基硅酸酯為硅源，并采用室溫短鏈離子液體作為顆粒生長的調(diào)控劑，制備的介孔SiO₂納米球比表面積～1000m²/g，孔體積～2.0ml/g，孔徑3～20nm 之間，并且孔道為樹枝狀孔道結(jié)構(gòu)。然而該方法采用的陽離子表面活性劑以及有機(jī)胺成本高，毒性大，對環(huán)境不友好。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種納米尺度有序介孔二氧化硅球及其制備方法，該方法可提供一種新型結(jié)構(gòu)的有序介孔二氧化硅球，且其制備方法克服了現(xiàn)有方法成本高、毒性大的缺陷。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種納米尺度有序介孔二氧化硅球，所述有序介孔二氧化硅球的球徑在150nm~500nm范圍內(nèi)可調(diào)，尺寸和形態(tài)均一，比表面積為1073~1615m²/g，孔容為0.71~1.16cm³/g，孔徑為3.06~3.81nm，具有從球心向外表面輻射排列的有序介孔孔道結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明所制得的二氧化硅材料為球形納米粒子，粒徑可控，大小均勻，孔徑分布窄且可調(diào)，且具有有序介孔孔道結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明還進(jìn)一步提供了上述納米尺度有序介孔二氧化硅球的制備方法，采用溶膠-凝膠法，以離子液體作模板劑，醇為共溶劑，堿性條件下進(jìn)行反應(yīng)，之后干燥、煅燒獲得所述納米尺度有序介孔二氧化硅球，所述的離子液體為如下式所述的1-十六烷基-3-甲基溴代咪唑，

。

較為具體的，將離子液體溶于醇/水混合體系中，充分混合均勻后加入堿，20-30min后再加入硅源，充分反應(yīng)后得到乳狀懸濁液，分離后獲得粗產(chǎn)物；將粗產(chǎn)物進(jìn)行干燥、煅燒獲得納米尺度有序介孔二氧化硅球。

其中，所述各物質(zhì)的投料物質(zhì)的量比即摩爾比優(yōu)選為：離子液體：硅源：堿：醇：水為0.21~1.85：0.22~5.21：4.11~20.89：100~1254：1800~5612。

所述的硅源可選擇正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、正硅酸鈉或硅溶膠的一種，優(yōu)選正硅酸乙酯。

所述堿可選擇氨水、氫氧化鉀、氫氧化鋇或氫氧化鈉的任意一種，優(yōu)選氨水。

所述醇可選擇甲醇、乙醇、丙醇或者異丙醇任意一種，優(yōu)選乙醇。

所述充分反應(yīng)為在15~45℃恒溫反應(yīng)2-24h，更優(yōu)選在22℃恒溫反應(yīng)6h。

干燥為于40-50℃下干燥6-24h。

所述煅燒為于600℃恒溫焙燒4-6h，之后以1℃/min速率冷卻至室溫。

更為具體的，本發(fā)明納米尺度有序介孔二氧化硅球的制備方法如下：