新型软模板合成介孔及超微孔氧化硅材料

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介孔材料由于具有较大的比表面积、相对大的孔径,以及规整的孔道结构而被广泛应用在化工、生物、制药、环境及能源领域。超微孔(super-microporous)分子筛孔径介于微孔和介孔的临界区间,更适用于分子选择性催化、药物传递、传感器、化妆品、医学诊断等领域。  表面活性剂在介孔材料的合成过程中起到模板剂的作用。Jeffamine ED2003聚醚胺表面活性剂由于结构中EO亲水单元远大于PO疏水单元,导致其亲水性较好,亲油性较差,在水溶液中不能形成胶束。本文通过脂肪酸(棕榈酸)与Jeffamine ED2003聚醚胺反应,合成了一种新型的聚醚酰胺高分子表面活性剂,命名为ED2003-fa-16。与Jeffamine ED2003聚醚胺相比,ED2003-fa-16的疏水性明显增强,在水溶液中EO单元能够折叠形成胶束。用这种新型的聚醚酰胺高分子表面活性剂ED2003-fa-16为模板剂,正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,在一定条件下,合成了介孔及超微孔氧化硅材料。而用聚醚酰胺表面活性剂作为模板剂的报道很少,本研究工作具有一定的创新性。主要成果如下:  1.通过Jeffamine ED2003聚醚胺和脂肪酸(棕榈酸)反应,合成了一种新型的聚醚酰胺高分子表面活性剂(ED2003-fa-16)。以这种新型的聚醚酰胺高分子表面活性剂(ED2003-fa-16)为模板剂,合成了介孔及超微孔氧化硅材料。通过正交实验初步确定了合成的工艺条件:反应温度30℃,晶化温度45℃,反应物的摩尔比为n(TEOS)∶n(ED2003-fa-16)∶n(H2O)=1∶0.04∶100。通过热重分析,确定了原粉的最佳焙烧温度为550℃。  2.对合成条件进行进一步优化,系统的考察了反应条件对材料合成的影响,包括反应物摩尔比、反应温度、晶化温度、溶液的酸碱度(pH值)、反应时间、晶化时间等方面。最终确定了最佳的反应条件:反应物的摩尔比为n(TEOS)∶n(ED2003-fa-16)∶n(H2O)=1∶0.04~0.05∶100,反应温度30℃,晶化温度35℃~45℃,pH值为1,反应时间8h,晶化时间3天。通过对反应条件的调控,实现了对材料孔径的调节,合成出了有序的介孔及超微孔氧化硅材料。  3.在最优反应条件的基础上,研究了无机盐对反应的影响,通过X射线衍射分析:添加无机盐后未能合成出有序性更好的氧化硅材料;通过添加油酸来分散合成的纳米颗粒,通过扫描电镜显示:纳米颗粒没有被分散,依然紧密堆积成实心微球。
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