CN105883829A - 一种洋葱状介孔二氧化硅纳米材料的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种洋葱状介孔二氧化硅纳米材料的合成方法，包括以下步骤：将模板剂与溶剂按比例混合搅拌，得透明溶液A；向透明溶液A中加入酸性溶液，有机硅源和非离子表面活性剂Span80，得溶液B；用乙醇和水洗涤溶液B，以除去未反应的物质，得固体C；将沉淀物进行真空干燥，经过煅烧即可得到。与现有技术相比，本发明合成洋葱状介孔材料添加无毒的扩孔剂，绿色环保，制备的洋葱状介孔材料具有开放性孔道结构，窄的孔径分布及很高的比表面积和孔容；本发明涉及的洋葱状介孔材料合成重复性高，成本低，且具有可控溶胶凝胶过程、较易功能化等特点，可使吸附性能大大提高，在生物医药、废水处理等方面具有很强的应用价值。

Description

一种洋葱状介孔二氧化硅纳米材料的合成方法
技术领域
本发明涉及材料领域，特别是涉及一种洋葱状介孔二氧化硅纳米材料的合成方法。
背景技术
介孔材料的形貌与性能有密切关系，其形貌控制非常重要，目前对于棒状、粉末状、薄膜状介孔材料的研究较多，而对于洋葱状介孔材料报道研究较少。洋葱状介孔材料因其特殊的结构，相对于一般的空心介孔材料而言具有更加优越的生物大分子负载能力和吸附-脱附能力。传统的用于废气、废水处理的材料，往往成本较高，吸附效果不是很理想，且对环境较为敏感，而洋葱状介孔材料则能很好的用于环境保护方面，如吸附大量挥发性有机污染物，以及去除水体中重金属离子。
目前，主要运用水热合成法来制备洋葱状介孔材料，大都采用介孔材料SBA-15合成的过程中加入疏水性的有机小分子如三甲苯或者烷烃为扩孔剂来调节，但是这些有机小分子都是对环境有害的物质，大量制备易产生环境污染。因此，简化洋葱状介孔材料的制备工艺，添加环境友好型扩孔剂制备洋葱状介孔材料至关重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种洋葱状介孔二氧化硅纳米材料的绿色合成方法，所述方法制备介孔材料可通过非离子表面活性剂(扩孔剂)浓度调节孔径大小。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种洋葱状介孔二氧化硅纳米材料的合成方法，包括以下步骤：
S1将模板剂与溶剂按比例混合搅拌，得透明溶液A；
S2向透明溶液A中加入酸性溶液，有机硅源和非离子表面活性剂Span80，得溶液B；
S3用乙醇和水洗涤溶液B，以除去未反应的物质，得固体C；
S4将沉淀物进行真空干燥，经过煅烧即可得到介孔二氧化硅材料。
按上述方案，步骤S1所述混合在40℃以下进行；步骤S2所述的酸性溶液为HCl、H2SO4或HNO3；步骤S1所述溶剂为水。
按上述方案，所述的有机硅源与酸性溶液的摩尔比为1:3‐1:10。
按上述方案，所述的有机硅源与非离子表面活性剂Span80的摩尔比为147.5:1‐5。
按上述方案，所述的洋葱状介孔二氧化硅纳米材料的孔径在2‐50nm之间。
本发明的扩孔剂采用一类表面活性剂分子Span80，加入到体系后其亲、疏水部分分别与两亲性模板剂P123的亲、疏水部分作用。P123模板剂由棒状胶束转变为多层囊泡结构，再与硅烷偶联剂(正硅酸四乙酯)耦合，高温条件下去除模板剂及扩孔剂后得到洋葱状介孔材料。
与现有技术相比，本发明合成洋葱状介孔材料添加无毒的扩孔剂，绿色环保，制备的洋葱状介孔材料具有开放性孔道结构，窄的孔径分布及很高的比表面积和孔容；本发明涉及的洋葱状介孔材料合成重复性高，成本低，且具有可控溶胶凝胶过程、较易功能化等特点，可使吸附性能大大提高，在生物医药、废水处理等方面具有很强的应用价值。
附图说明
图1为实施例1所得的洋葱状介孔材料TEM图片；
图2为实施例2所得的洋葱状介孔材料TEM图片；
图3为实施例3所得的洋葱状介孔材料TEM图片；
图4为实施例4所得的洋葱状介孔材料TEM图片；
图5和图6分别为实施例1-3的孔径分布图和氮吸附-脱附图；
图7和图8分别为实施例4的孔径分布图和氮吸附-脱附图；
图9现有文献即对比实施例5公开的洋葱状介孔材料TEM图片。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1
在38℃恒温条件下，将4.0g P123溶解到100mL去离子水中，搅拌直至完全溶解，再加入10mL浓HCl(质量浓度36％-38％)(0.323mol)，快速搅拌1h，然后加入0.1g span80，继续搅拌40min，直至形成乳状液。再滴加8.1mL正硅酸四乙酯(0.037mol)，保持搅拌反应12h，然后停止搅拌，升温至85℃，保温24h。反应完后，取出反应液离心分离，再置入60℃的真空箱中干燥。干燥后将产物盛入小坩埚中，放入马弗炉550℃焙烧6h，控制升温速率为5℃/min，最后得介孔材料。图1为实施例1所得的洋葱状介孔材料TEM图片，由图1可知该材料具有有序的层状结构，孔径大都分布在6.22nm。
实施例2
按照实例1的制备方法合成介孔材料，不同的是span80的量为0.3g。请参阅图2为实例2的洋葱状介孔材料TEM图片，由图2可知该材料具有有序的层状结构，孔径大都分布在6.22nm。
实施例3
按照实例1的制备方法合成介孔材料，不同的是span80的量为0.4g，图3为实例3的洋葱状介孔材料TEM图片，由图3可知该材料具有有序的多层层状结构，孔径大都分布在3.97nm。
实施例4
按照实例1的制备方法合成介孔材料，不同的是span80的量为0.5g，图4为实例4的洋葱状介孔材料TEM图片，由图4可知该材料具有有序的层状结构，且层状结构较为松散，孔径大都分布在3.97nm。
对比实施例5
按照实例1的制备方法合成介孔材料，不同的是span80的量为0g，得到经典SBA-15介孔材料。其呈三维六方柱状结构，孔道规则有序。
目前，文献报道的洋葱状介孔材料孔道多为如图9所示，而本发明合成的洋葱状介孔材料的孔道结构与之相比，层状结构更为明显且层数更多，从而使比表面积更大。
图5和图6分别为实施例1-3的孔径分布图和氮吸附-脱附图；图中显示，所有样品的氮吸附-脱附曲线均为Ⅳ型吸附等温曲线，并且含有H2型滞后环，说明合成得到的样品均为介孔材料，与TEM测试得到的结果相一致。实施例3和实施例4的脱附曲线十分陡峭，吸附曲线的吸附量随着相对压力的增大而缓慢上升，说明该两种介孔材料具有墨水瓶状的孔道结构。
图7和图8分别为实施例4的孔径分布图和氮吸附-脱附图；由BJH法计算的到的孔径分布，其中实施例3和实施例4的孔径分布较为均一，约3.97nm，而实施例1和实施例2的孔径分布图中出现多个峰，孔径分布不均一。说明随着span80用量的增加，介孔材料的孔径均一度增加。
表1
从表1的结果可以看出，按照本发明的方法制备得到的洋葱状介孔材料样品的比表面积大，随着span80加入的量的不同，孔径在2-50nm之间可调。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种洋葱状介孔二氧化硅纳米材料的合成方法，包括以下步骤：
S1将模板剂与溶剂按比例混合搅拌，得透明溶液A；
S2向透明溶液A中加入酸性溶液，有机硅源和非离子表面活性剂Span80，得溶液B；
S3用乙醇和水洗涤溶液B，以除去未反应的物质，得固体C；
S4将沉淀物进行真空干燥，经过煅烧即可得到介孔二氧化硅材料。
2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于步骤S1所述混合在40℃以下进行；步骤S2所述的酸性溶液为HCl、H2SO4或HNO3；步骤S1所述溶剂为水。
3.根据权利要求1或2所述合成方法，其特征在于所述的有机硅源与酸性溶液的摩尔比为1:3‐1:10。
4.根据权利要求1或2所述合成方法，其特征在于所述的有机硅源与非离子表面活性剂Span80的摩尔比为147.5:1‐5。
5.根据权利要求1或2所述合成方法，其特征在于所述的洋葱状介孔二氧化硅纳米材料的孔径在2‐50nm之间。
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