介孔二氧化硅材料专题培训课件

2019/12/15
材料与化学化工学院
6
1.3 介孔二氧化硅材料的研究进展
• 科学家们首次利用甲烷基季铵盐阳离子这一表面活性剂作为模板从而合成出了 M41S(MCM-41、MCM-48、MCM-50)这一系列的氧化硅有序介孔分子筛。
• 在碱性环境下共同导向剂和分散剂是以三嵌段聚醚非离子表面活性剂充当，而 结构导向剂是阳离子长链季铵盐，从而制备出来了介孔大小在 2 nm-5 nm 范 围内的球形并且有序的介孔二氧化硅纳米材料即 MCM-41。
1.4.1 催化领域的应用 1.4.2 生物科技方面的应用 1.4.3 吸附/分离的应用 • 1.5选题依据和研究内容
2019/12/15
材料与化学化工学院
4
1.1 多孔材料的定义与分类
• 定义：具有许多一定大小的孔隙以及比表面积高的结构材料被称为多孔材料。 • 特点：多孔材料比表面积高但是相对密度却较低、吸附性好并且质量很轻、
介孔二氧化wenku.baidu.com材料1
目录
CONTENT
第一章
绪论
第二章
介孔二氧化 硅材料的制 备及其形态
控制
第三章
介孔二氧化 硅材料的形 成机理研究
第四章 总结及启示
2019/12/15
材料与化学化工学院
2
1 绪论
2019/12/15
材料与化学化工学院
3
一 绪论
• 1.1 多孔材料的定义与分类 • 1.2 介孔材料的研究进展 • 1.3 介孔二氧化硅材料的研究进展 • 1.4 介孔二氧化硅材料的应用研究
2019/12/15
材料与化学化工学院
5
1.2 介孔材料的研究进展
1992 年，J.S.Beck 等人在碱性条件下得到了M-41S 的一系列有序介孔材料。 S.Park 等用阴离子表面活性剂开发了不同结构组成的介孔材料。 T.J.Pinnavaia 等人以中性胺表面活性剂和中性无机前驱物为介孔材料的模板 合成了纳米介孔材料。 D.Y.Zhao 等人用 PEO 型三元嵌段共聚物作为模板合成得到了介孔 SiO2材料 (SBA-11，12，14，15，16)，并且该材料是排列有序的，均是利用加入不同剂量的 共溶剂从而使得材料的孔径大小在 5 nm-30 nm 范围内可调。 P.Y. Feng 等得到笼形介孔二氧化硅材料(FDU-1)孔径达到 12 nm。 R.Ryoo 等用 MCM-48 的介孔材料为模板，得到了有序炭介孔材料。
2019/12/15
材料与化学化工学院
11
2.1 介孔二氧化硅的制备过程
(1)将过渡金属盐溶解于盐酸等酸性溶液中，在一定温度下搅拌使其完 全溶解。所述的过渡金属离子浓度在 0.1-1 mol/L 之间，本方法可以 用的过渡性金属盐可以是活泼金属的强酸盐，比如金属钠、镁、钾等 金属的盐酸盐、硫酸盐和硝酸盐等。
能够很好地隔热隔音、渗透性相当好，从而在吸附、分离、隔热、消音、还 有过滤等方面有很多应用。可以屏蔽电磁波，在化学方面进行反应催化和储 蓄化学能，并且在各种生物工程方面有大量的实际应用，在航空航天、电子 通讯、交通、医疗、环保、冶金、机械、化工和石化工业等与人类生活息息 相关的产业方面有更广泛的应用。 • 分类：
1.4 介孔二氧化硅材料的应用研究
直接作为催化剂，有序介孔材料能够使产物的扩散速度加快、选择性达 100 ％、转化率可达 90 ％。由于结构的特点有灵活性和孔分布窄等，把 掺杂氧化物金属、配合物等催化剂加入到有序介孔材料骨架中是现阶段有 序介孔分子筛在催化剂中应用最广的研究方面
生物大分子，如酶、蛋白质、核酸等，分子的尺寸小于 10 nm，病毒尺寸 的大小在 30 nm附近，孔径在 2 nm～50 nm 之间的有序介孔材料因为它没 有毒性，使得该材料在酶、蛋白质等物质的分解、固定上起到了相当重要 的作用
作为理想的吸附或者改性材料，由于有序介孔材料具有大的比表面积以及 较多的孔容量等特性，在分离以及吸附等应用领域有着更为广泛的作用。
材料与化学化工学院
8
1.5 选题依据和研究内容
介孔二氧化硅纳米材料兼具了介孔材料和纳米材料的双重特性，以及非常高的化学稳 定性和生物相容性、合成方便、成本低廉等特点，使其除了在传统的介孔材料应用领域外， 在其他领域如生物医药和基因工程等方面也显示了极大的应用前景。近年来，关于介孔二 氧化硅材料的研究非常多，并且取得了很好的研究成果，但是仍然存在许多问题亟待解决， 比如实验过程非常繁琐，介孔二氧化硅材料的结构还不够清楚，理论模型还需进一步研究， 介孔材料的微观控制还不够精确等。目前水热合成法是介孔二氧化硅材料的主要合成方法， 但是合成时间长（最少十几个小时）并且操作繁琐，因而缩短时间、简化流程是合成二氧 化硅材料面临的主要任务。因此本文简化了水热法合成介孔二氧化硅的流程，并对合成的 样品进行表征。
2019/12/15
材料与化学化工学院
9
2 介孔二氧化硅材料 的制备及其形态控制
2019/12/15
材料与化学化工学院
10
二 介孔二氧化硅材料的制备及其形态控制
2.1介孔二氧化硅的制备过程 2.2 介孔二氧化硅材料的具体制备方法及表征
2.2.1 样品的 SEM 分析 2.2.2 样品的 TEM 分析 2.2.3 小角 X-射线衍射 2.2.4 傅立叶变换红外光谱(FT-IR)分析 2.2.5 核磁共振（NMR） 2.2.6 拉曼谱（Raman） 2.3 酸度对孔径大小及形貌的影响 2.4 温度对介孔二氧化硅材料的影响
• 在制备大孔径的有序介孔二氧化硅材料时，以嵌段聚醚非离子作为表面活性剂， 在酸性条件下便可以制备出 4 nm-6.6 nm 的大孔径范围内的有序介孔二氧化 硅材料(SBA-15 型)。
2019/12/15
材料与化学化工学院
7
催化领域 的应用
生物科技 方面的应
用
吸附/分 离的应用
2019/12/15
(2)溶解之后向上述水溶液中加入有机大分子表面活性剂做模板然后继 续在一定温度下磁力搅拌一段时间，所述表面活性剂与所加的盐酸盐 的物质的量之比在5:1-500:1 之间，并且表面活性剂的物质的量浓度 在一定范围内。
(3)之后再向上述水溶液体系中加入硅酸酯，其中有机表面活性剂与硅 源的物质的量之比可以在 25:1-1:500 范围内，硅酸酯的物质的量浓 度在 0.02-5 mol/L 之间。继续搅拌后分离、洗涤、离心并干燥。最 后在高温下煅烧以去除表面活性剂。