CN107970901A - 一种sba-15介孔材料的合成方法 - Google Patents

一种sba-15介孔材料的合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于功能材料技术领域，尤其涉及一种SBA‑15介孔材料的合成方法。所述合成方法包括：以聚环氧乙烷‑聚环氧丙烷‑聚环氧乙烷三嵌段共聚物为模板剂，以正硅酸乙酯为硅源，在酸性介质中搅拌，然后晶华、煅烧合成有序介孔材料SBA‑15。本发明通过优化反应条件，提高反应环境的酸性，得到孔壁厚度为6‑9nm的SBA‑15介孔材料，进而提高了介孔分子筛骨架结构的机械稳定性和水热稳定性。

Description

一种SBA-15介孔材料的合成方法
技术领域
本发明涉及功能材料技术领域，尤其涉及一种SBA-15介孔材料的合成方法。
背景技术
介孔材料SBA-15是一种二维六方结构的介孔材料，它的比表面积大，有均一的孔道直径分布，孔径可调变，所以SBA-15在催化、分离、生物及纳米材料等领域有广泛的应用前景，尤其是在作为新型吸附剂方面，因具有其它吸附剂无法比拟的优越性而备受关注。介孔材料经改性后其表面含有氨基、巯基、磺酸基和脲基等有机官能团，这些官能团能与水中的重金属离子发生螯合作用而形成稳定的配位化合物，从而达到去除水中重金属离子的效果。
CN101716490A公开了一种对有机物具有吸附性能的SBA-15分子筛的合成方法。该分子筛合成主要是在加入硅源后要强力搅拌一段时间，得到的溶液在不同的反应温度下分别静置24h。CN105565337A公开了一种三氧化二铁/SBA-15介孔复合材料的制备方法，其中以三嵌段共聚物P123作为模板剂，以正硅酸乙酯作为硅源，在酸性条件下合成有序介孔SBA-15。CN102600882A公开了一种直接水热法合成Ti-SBA-15催化剂的制法，它是将三嵌段共聚物表面活性剂P123溶解于水中，并在35℃下搅拌使之完全溶解，在溶液中加入一定量的TiCl4水溶液并搅拌，然后加入正硅酸四乙酯(TEOS)，在35℃下继续搅拌24h，最后装入聚四氟乙烯高压釜中，在100℃水热结晶化24h，样品经过滤并用去离子水和无水乙醇洗涤，最后在空气中干燥，所得固体粉末在500℃空气中焙烧5h去除模板剂得TiO2掺杂的Ti-SBA-15催化剂。但上述发明的合成方法在搅拌时需要加热，反应条件复杂，且没有得到孔壁更厚、机械温度性更好的介孔材料。
因此，现有技术在合成SBA-15R介孔材料时所采用的方法均存在反应条件苛刻复杂的问题，无法合成机械稳定性和水热稳定性更好的介孔材料，因此，优化反应条件，以合成孔壁更厚的SBA-15J介孔材料具有广泛的市场价值和意义。
发明内容
针对现有技术的不足及实际的需求，本发明提供一种SBA-15介孔材料的合成方法，所述合成方法工艺简单，易于推广，通过优化反应条件，提高反应酸度，所制SBA-15的孔壁厚度达到6-9nm，机械稳定性和水热稳定性高，应用范围更广，吸附性能更为卓越。
一方面，本发明提供一种SBA-15介孔材料的合成方法，包括如下步骤：
(1)分别称取模板剂和硅源；
(2)将模板剂和硅源加入pH为2-3的酸性介质中，充分搅拌；
(3)将搅拌后的混合物静置晶化、洗涤干燥，得到白色粉末；
(4)将白色粉末煅烧得到SBA-15。
本发明中，发明人意外发现，采用pH为2-3的酸性介质制备SBA-15介孔材料，可以显著提高孔壁的厚度。
优选地，步骤(1)所述模板剂为聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物。
优选地，步骤(1)所述硅源为正硅酸乙酯。
优选地，步骤(1)所述模板剂和硅源的重量比为3:(6-15)，例如可以是3:6、3:7、3:8、3:9、3:10、3:12或3:15，优选为3:8。
优选地，步骤(2)所述酸性介质为HCl和/或H2SO4，优选为HCl。
优选地，步骤(2)所述的搅拌温度为20-30℃，例如可以是20℃、22℃、25℃、28℃或30℃，优选为25℃。
优选地，步骤(2)所述的搅拌时间为12-48h，例如可以是12h、14h、16h、18h、20h、24h、26h、28h、30h、35h、40h、45h或48h，优选为12h。
优选地，步骤(3)所述的晶化温度为80-160℃，例如可以是80℃、90℃、95℃、100℃、110℃、120℃、140℃、150℃或160℃，优选为100℃。
优选地，步骤(3)所述的晶化时间为12-48h，例如可以是12h、14h、16h、18h、24h、36h、40h、46h或48h，优选为12h。
优选地，步骤(3)所述的洗涤剂为乙醇和/或去离子水，优选为去离子水。
优选地，步骤(4)所述的煅烧温度为400-600℃，例如可以是400℃、450℃、500℃、550℃或600℃，优选为500℃。
优选地，步骤(4)所述的煅烧时间为12-48h，例如可以是12h、14h、16h、18h、20h、24h、26h、28h、30h、35h、40h、45h或48h，优选为12h。
具体地，一种SBA-15介孔材料的合成方法，包括如下步骤：
(1)分别称取模板剂聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物和硅源正硅酸乙酯，模板剂和硅源的重量比为3:(6-15)，在pH为2-3的酸性介质(HCl和/或H2SO4)中充分搅拌，搅拌温度为20-30℃，时间为12-48h；
(2)将搅拌后的混合物静置晶化、洗涤干燥，晶化温度为80-160℃，时间为12-48h，洗涤剂为乙醇和/或去离子水，得到白色粉末；
(3)将白色粉末煅烧得到SBA-15，煅烧温度为400-600℃，煅烧时间为12-48h。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述合成方法制备的SBA-15介孔材料。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明所提供的合成方法简洁高效，易于推广，通过优化反应条件，提高反应环境的酸性，使得反应在室温内便可进行；
(2)本发明所合成的SBA-15介孔材料的孔壁厚度高达6-9nm，孔壁相比一般方法合成的SBA-15介孔材料更厚，进而提高了介孔材料骨架结构的机械稳定性和水热稳定性。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案，但本发明并非局限在实施例范围内。
实施例1
一种SBA-15介孔材料的合成方法，包括如下步骤：
(1)分别称取模板剂三嵌共聚物P123和硅源正硅酸乙酯，模板剂和硅源的重量比为3:8；
(2)将模板剂和硅源加入pH为2.5的HCl溶液中，25℃下充分搅拌12h；
(3)将搅拌后的混合物100℃静置晶化12h，去离子水洗涤，真空干燥后得到白色粉末；
(4)将白色粉末500℃煅烧12h得到SBA-15。
实施例2
一种SBA-15介孔材料的合成方法，包括如下步骤：
(1)分别称取模板剂三嵌共聚物P123和硅源正硅酸乙酯，模板剂和硅源的重量比为3:6；
(2)将模板剂和硅源加入pH为2的HCl溶液中，30℃下充分搅拌48h；
(3)将搅拌后的混合物80℃静置晶化48h，乙醇洗涤，真空干燥后得到白色粉末；
(4)将白色粉末400℃煅烧48h得到SBA-15。
实施例3
一种SBA-15介孔材料的合成方法，包括如下步骤：
(1)分别称取模板剂三嵌共聚物P123和硅源正硅酸乙酯，模板剂和硅源的重量比为3:15；
(2)将模板剂和硅源加入pH为3的HCl溶液中，20℃下充分搅拌24h；
(3)将搅拌后的混合物160℃静置晶化24h，乙醇洗涤，真空干燥后得到白色粉末；
(4)将白色粉末600℃煅烧24h得到SBA-15。
实施例4
一种SBA-15介孔材料的合成方法，包括如下步骤：
(1)分别称取模板剂三嵌共聚物P123和硅源正硅酸乙酯，模板剂和硅源的重量比为3:10；
(2)将模板剂和硅源加入pH为2.8的HCl溶液中，28℃下充分搅拌30h；
(3)将搅拌后的混合物120℃静置晶化20h，去离子水洗涤，真空干燥后得到白色粉末；
(4)将白色粉末550℃煅烧20h得到SBA-15。
实施例5
一种SBA-15介孔材料的合成方法，包括如下步骤：
(1)分别称取模板剂三嵌共聚物P123和硅源正硅酸乙酯，模板剂和硅源的重量比为3:9；
(2)将模板剂和硅源加入pH为2.4的HCl溶液中，22℃下充分搅拌23h；
(3)将搅拌后的混合物90℃静置晶化23h，乙醇洗涤，真空干燥后得到白色粉末；
(4)将白色粉末450℃煅烧26h得到SBA-15。
对比例1
一种SBA-15介孔材料的合成方法，包括如下步骤：
(1)分别称取模板剂三嵌共聚物P123和硅源正硅酸乙酯，模板剂和硅源的重量比为1：15；
(2)将模板剂和硅源加入pH为6的HCl溶液中，10℃下充分搅拌10h；
(3)将搅拌后的混合物70℃静置晶化10h，乙醇洗涤，真空干燥后得到白色粉末；
(4)将白色粉末350℃煅烧10h得到SBA-15。
对比例2
一种SBA-15介孔材料的合成方法，包括如下步骤：
(1)分别称取模板剂三嵌共聚物P123和硅源正硅酸乙酯，模板剂和硅源的重量比为1：1；
(2)将模板剂和硅源加入pH为5的HCl溶液中，50℃下充分搅拌60h；
(3)将搅拌后的混合物170℃静置晶化60h，乙醇洗涤，真空干燥后得到白色粉末；
(4)将白色粉末650℃煅烧60h得到SBA-15。
对比例3
一种SBA-15介孔材料的合成方法，包括如下步骤：
(1)分别称取模板剂三嵌共聚物P123和硅源正硅酸乙酯，模板剂和硅源的重量比为1：1；
(2)将模板剂和硅源加入pH为4的HCl溶液中，10℃下充分搅拌60h；
(3)将搅拌后的混合物100℃静置晶化60h，真空干燥后得到白色粉末；
(4)将白色粉末650℃煅烧60h得到SBA-15。
将实施例与对比例所得到的SBA-15置于TEM透射电镜下观察孔壁厚度，结果如表1所示：
表1
样品 厚度/nm
实施例1 9
实施例2 7
实施例3 6
实施例4 8
实施例5 8
对比例1 3
对比例2 4
对比例3 3
由表1可知，实施例1-5的样品为按照本发明所提供的合成方法所制备的SBA-15介孔材料，其孔壁厚度达到6-9nm，具有更好的机械稳定性和水热稳定性，其中实施例1的样品孔壁厚度最厚，可达9nm，而对比例1-3所制备的样品，由于酸性环境的pH过高，原料比例失调以及其他条件的不合理，导致合成的材料孔壁较窄，不利于稳定性。
综上所述，本发明所提供的一种SBA-15介孔材料的合成方法简洁高效，易于推广。根据本发明所提供的合成方法制备的产品具有更厚的孔壁，最高达到9nm，因而有更好的机械稳定性和水热稳定性，拓宽了SBA-15的应用领域和吸附性能。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种SBA-15介孔材料的合成方法，其特征在于，包括：
(1)分别称取模板剂和硅源，在pH为2-3的酸性介质中充分搅拌；
(2)将搅拌后的混合物静置晶化、洗涤干燥，得到白色粉末；
(3)将白色粉末煅烧得到SBA-15。
2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤(1)所述模板剂为聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物；
优选地，步骤(1)所述硅源为正硅酸乙酯；
优选地，步骤(1)所述模板剂和硅源的重量比为3:(6-15)，优选为3:8。
3.根据权利要求1或2所述的合成方法，步骤(2)所述酸性介质为HCl和/或H2SO4，优选为HCl；
优选地，酸性介质的pH为2.5。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的搅拌温度为20-30℃，优选为25℃。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的搅拌时间为12-48h，优选为12h。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述的晶化温度为80-160℃，优选为100℃；
优选地，步骤(2)所述的晶化时间为12-48h，优选为12h。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述洗涤的洗涤剂为乙醇和/或去离子水，优选为去离子水。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述的煅烧温度为400-600℃，优选为500℃；
优选地，煅烧时间为12-48h，优选为12h。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)分别称取模板剂聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物和硅源正硅酸乙酯，模板剂和硅源的重量比为3:(6-15)，在pH为2-3的酸性介质(HCl和/或H2SO4)中充分搅拌，搅拌温度为20-30℃，时间为12-48h；
(2)将搅拌后的混合物静置晶化、洗涤干燥，晶化温度为80-160℃，时间为12-48h，洗涤剂为乙醇和/或去离子水，得到白色粉末；
(3)将白色粉末煅烧得到SBA-15，煅烧温度为400-600℃，煅烧时间为12-48h。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述合成方法制备的SBA-15介孔材料。
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