表面活性剂(模板剂)应用常识与实验经验

表面活性剂（模板剂法）相关知识与实验经验

（读研期间经验分享）

一、关于模板剂的溶解

模板剂分子，尤其是嵌段式共聚物等，一般都是高分子。高分子溶解是一个慢过程，溶剂分子要扩散到分子链中间，然后分子链滑移才一个溶出来，比无机的多了一个溶胀的过程，因此它的溶解是比较困难的（即便视觉上看起来溶了）。要注意下温度，放烘箱里烘下，然后再搅再烘。

另外，若温度过低（<15°C），则在乙醇中溶解时会出现白色不透明的浑浊，但无颗粒。稍微用吹风机吹一下，或放烘箱里烘一下，便可透明。

二、关于介孔结构的表征

小角度X 射线是用于分析介孔结构周期性信息的。由于介孔阵列的周期常数处于纳米量级，故其主要的衍射峰都出现在低角度范围（2θ=1°~10°）

三、关于模板剂的烧除

模板剂含碳较多，焙烧过程中容易积碳。积碳的视觉表现就是出现黑色的小固体颗粒。因为积碳会造成介孔孔道堵塞，且影响催化剂的活性，所以必须消除。

解决积碳的方法：

（1）样品尽量研细，越细越好；

（2）充分干燥，去除水分。若干燥之前用超声分散一下，

则效果更好；

（3）减缓升温速率，1°C/min效果会更好；

（4）在升温区间的中点，如250°C停留一段时间；

四、拟考虑的模板剂的种类（备选待参）

（1）F127：常用的非离子型表面活性剂。与P123一样，

F127也是三嵌段式共聚物，属于聚醚的一种。不同的是，F127为雪花薄片状的固体（F-flake，雪花、薄片）；而P123为浆糊状的胶体（P-paste，浆糊）。F127的分子式为

EO106PO70EO106，而P123的分子式为EO20PO70EO20。其中EO表示乙氧基，PO表示丙氧基。所谓两性三嵌段聚合物，是一种表面活性剂，在水中加入一定量以后可以形成胶束。由于EO嵌段的亲水性强于PO嵌段，所以在水中形成胶束以PO为内核，EO为壳层。由于两者组成不同，所以形成的胶束大小不同，进一步聚集状态不同，一般的来讲，用P123可以制备二维六方结构的中孔分子筛（最经典的就是

SBA-15）；F127可以制备立方相的中孔分子筛。

（2）渗透剂JFCS：非离子型表面活性剂复配物，化学组成为环氧乙烷和高级脂肪醇的缩合物。黄色至棕黄色粘稠液体，溶于水，且冷水中溶解度大于热水中。耐酸、耐碱、耐氯、耐热、耐硬水、耐金属盐。

（3）渗透剂JFC（渗透剂EA）：全称脂肪醇聚氧乙烯醚，属非离子表面活性剂。淡黄色透明粘稠液体，易溶于水，能与任何其他表面活性剂混用，耐酸、耐碱、耐氯、耐热、耐硬水、耐金属盐。

（4）乳化剂SE（蔗糖酯）：又称蔗糖脂肪酸酯。非离子表面活性剂。白色至微褐色粉末或灰色至微黄色黏稠液体。在酸性或碱性条件下加热则被皂化。无味或稍有特殊的气味，易溶于乙醇、丙酮。单酯可溶于热水，但二酯、三酯难溶于水。单酯含量愈高，亲水力愈强。对眼和皮肤刺激性小，无毒，易被微生物分解。由蔗糖与脂肪酸甲酯在碱性催化剂及溶剂中进行酯交换制得。分子式如下—

（5）硬脂酰乳酸钠（乳化剂SSL）：阴离子型表面活性剂，安全无毒，白色至浅黄色脆性固体或粉末，略有焦糖气味，稍具有吸湿性。分子量378.52。

（6）十二烷基硫酸钠：化学式为C12H25―OSO3Na，平均分子量M=288。别名椰油醇（或月桂醇）硫酸钠、K12、发泡剂等。性状为白色或淡黄色粉状，溶于水，微溶于醇，

不溶于氯仿、醚。对碱、弱酸和硬水不敏感（在强酸性溶液中则会水解）。对热不稳定，在80°C下才是稳定的。具有去污、乳化和优异的发泡力。是一种无毒的阴离子表面活

性剂。分子结构图为。

五、模板剂的毒性和温和性

通常，阳离子型毒性较大，阴离子型次之，非离子型和两性型则毒性最小，甚至有些小于乙醇的毒性，故而是安全的。非离子表面活性剂属于低毒或无毒类，经口服无毒。其中毒性最低的是PEG类，较次的是糖酯、AEO和Span、Tween类，烷基酚聚醚类毒性偏高。（具体参考《表面活性剂的温和性和安全性》）

毒性的取舍与催化活性的提高是筛选模板剂种类的重要理由，也是构思大论文的思路。

六、水热合成的相关概念：

水热晶化法是在特制的密闭反应器(高压釜)中,采用水溶液作为反应介质,通过对反应器加热,创造一个高温、高压反应环境,使得通常难溶或不溶的物质溶解并且重结晶以形成分散的纳米晶核的方法。

七、表面活性剂概述

（1）阳离子表面活性剂

阳离子表面活性剂主要是含氮的有机胺衍生物，由于它们分子中的氮含有孤对电子，故能以氢键与

酸分子中的氢结合，使氨基带上正电荷。因此,它们在酸性介质中才具有良好的表面活性；在碱性介质

中容易与负离子相结合而析出，失去表面活性。

除含氮阳离子表面活性剂外，还有一小部分含硫、磷、砷等元素的阳离子表面活性剂。

阳离子型表面活性剂常见的是季铵盐类，高级

脂肪胺类等。做模板剂具有介孔规整有序性高，孔

径分布和孔径尺寸易控制等优点，但孔径相对较小。

（2）阴离子型表面活性剂

阴离子表面活性剂在低温下较难溶解，随温度

升高溶解度加大，溶解度达到极限时会析出表面活

性剂的水合物。但是，水溶液加热至一定温度时，

表面活性剂分子发生缔合，溶解度会急剧增大。

阴离子表面活性剂的合成路线（S-I+，S-N+I-）与阳离子模板剂和非离子模板剂合成路线相比，经常得到无序的介孔结构，由于其导向和模板作用差，所以起初以阴离子表面活性剂制备结构材料的研究较少。但是，阴离子表面活性剂具有制造成本低，毒性低等优点，因而目前对它的研究正在

兴起。

阴离子表面活性剂的历史最久。l8世纪兴起的制皂业所生产的肥皂即为阴离子表面活性剂，肥皂属高级脂肪酸盐。此外，有代表性的阴离子表面活性剂还有磺酸盐、硫酸酯盐、N-酰基氨基酸盐、磷酸酯盐等。

（3）非离子表面活性剂

非离子表面活性剂溶于水时不发生解离，其分子中的亲油基团与离子型表面活性剂的亲油基团大致相同，其亲水基团主要是由具有一定数量的含氧基团(如羟基和聚氧乙烯链)构成。

由于非离子表面活性剂在溶液中不是以离子状态存在，所以它的稳定性高，不易受强电解质存在的影响，也不易受酸、碱的影响，与其他类型表面活性剂能混合使用，相容性好，在各种溶剂中均有良好的溶解性，在固体表面上不发生强烈吸附。

非离子表面活性剂大多为液态和浆状态，它在水中的溶解度随温度升高而降低。

非离子表面活性剂按亲水基团分类，有聚氧乙烯型和多元醇型两类。

八、关于等体积浸渍

首先测定（比如1g）载体的吸附水溶液的饱和量（直到载体表面刚好完全润湿为止，且不同载体有所区别），实验过程中根据载体质量要求换算出所需水溶液的体积或质量，这样含有活性组分的盐前驱体的浸渍液正好被吸附完全，在此过程中要搅拌一定时间，这样可以使浸渍液均匀的分散于载体上；然后室温放置12h左右后，80－120度（一般情况是100或110度下）干燥4－8小时后，再于300－600度下焙烧，自己根据需要定。焙烧后粉碎研磨，选取所需的目数或颗粒度，最后是催化剂前驱体活化即所谓的还原步骤：液相还原（用醇溶液或水合阱或甲醛等）或气相还原（用流动的氢气或氮氢混合气体等）。

顺便提一下焙烧过程建议采用程序升温或在氮气气氛中进行。

等体积浸渍，其本质是利用毛细现象对活性组分的固载化，故而吸附速度不会太快。因此如果过早的烘干会使大部分活性组分没充分进入孔道，很容易造成组分分布不均以及后期的活性，故浸渍时间宜长不宜短，12h或24h是较为合理的。当然，这还要看载体的水热稳定性，如果催化剂载体水（热）稳定性好，也就是说水不会破坏载体，浸渍时间应该稍微长些，7-8小时不为过，如果像MCM-41由于其结构在水中容易塌陷，一般是浸渍时间很短，然后快速干燥。