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按照国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)的定义,多孔材料孔径在2~50nm之间的材料称之为介孔材料,低于2nm称为微孔材料。超微孔材料一般是指其孔径介于微孔和介孔临界区间即在1.0-2.0nm范围内的孔材料,其合成思路、材料性质与介孔材料相似。介孔材料的制备主要是以表面活性剂的自组装体系为模板,通过溶胶—凝胶化学反应来完成的。有序介孔材料具有如下特征:(1) 具有规则的孔道结构;(2) 孔径分布窄,且在2~30nm之间可以调节;(3) 比表面积大;(4) 具有很好的热稳定性与水热稳定性;(5) 颗粒具有丰富外形。因此,有序介孔材料将在催化剂、催化剂载体、色谱填充材料、吸附与分离技术、环保、主客体化学、材料合成模板等领域具有广泛的应用前景。 本文以新型的阳离子型Gemini(结构式为[CnH2n+1N+(CH3)2-(CH2)s-N+(CH3)nCnH2n+1]·2Br-)表面活性剂胶束为模板合成了介孔和超微孔二氧化硅材料,并且利用小角X射线衍射、N2吸附—脱附、电子扫描电镜等技术对合成材料进行了表征。研究了表面活性剂与硅源的比例对介孔材料的孔道结构、比表面积、孔径分布、孔体积等参数的影响。 用C16-2-16作模板剂合成介孔二氧化硅时,如果表面活性剂与硅源的比例在0.08:1~0.16:1之间,则合成产物为六角相的MCM-41结构。N2吸附-脱附实验结果表明:等温线类型为Ⅳ型,有序度较高的样品的最可几孔径在2.7nm左右,BET表面积大于700cm3/g。 以C8-2-8表面活性剂胶束作模板时,合成出二维六方结构的超微孔二氧化硅材料。氮气吸附和高分辨扫描电镜结构表明,样品的孔径在1.3-1.5nm之间,属于超微孔范畴。 孔结构的有序性随表面活性剂与硅酸钠比例的增加而增加,当表面活性剂与硅源的比例大于0.08:1时就能得到高质量的介孔二氧化硅。在气体吸附—脱附曲线上出现Ⅳ型的等温线。在相对压力P/Po=0.06-0.1和P/Po=0.8-1处出现了两个滞后环,分别是由材料的内部孔道和颗粒之间的空隙的毛细凝结所引起的;随C8-2-8表面活性剂与硅酸钠比例的增加,BET比表面积增加,最大可达到1100 m2/g。