介孔分子筛SBA-15的研究进展

Dalian Institute of Chemical Physics Chinese Academy of Sciences
介孔分子筛SBA-15的研究进展
Seminar-1
报告人：栾友顺导
师：徐恒泳研究员
2005.10
Dalian Institute of Chemical Physics Chinese Academy of Sciences
介孔分子筛研究的背景和意义
SBA-15的合成方法SBA-15的化学改性
SBA-15在材料和生命科学领域的应用
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Drying
550℃Calcination
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SBA-15的合成机理
•
SBA -15 的合成符合中性模板机理(S 0I 0) :用中性表面活性剂P123 (S 0) ,和中性无机硅物种( I 0) 通过氢键键合,不存在强的静电作用,并随硅烷醇的进一步水解、缩合导致短程六边形胶
粒的堆积和骨架的形成
5nm
5nm 〔6〕
〔9〕
800m 2\g
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影响SBA-15结构的因素
•有机物模版剂本身性质（化学结构、链长、官能团）和共溶剂的加入•模版剂与硅源的含量和比例•晶化条件（时间、温度）
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加入
DMF(二甲基甲酰胺
)共溶剂[10]：
孙锦玉,赵东元.高等学校化学学报2000
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改变模版剂与硅源的含量
〔11〕：
Kohji Miyazawa ,Shinji Inagaki. Chem Comm ,2000
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改变晶化温度
〔12〕
：
周丽绘等。

J . Chin. Electr. Microsc. Soc. 2005
SBA-15的化学改性
SBA – 15由于使用三嵌段共聚高分子模板剂，孔壁较厚（约6nm）， 因此其水热稳定性高于其他介孔分子筛。

可是存在酸性较弱、催化活 性不高等内在的缺点,大大限制了它的实际应用范围。

为实现SBA - 15 的潜在应用价值,依靠化学改性来提高它的水热稳定性和催化活性成为 现在面临的主要研究课题。

化学改性包括 对材料骨架的修饰 以及 对孔道表面的功能化。

由介孔 材料的表面化学性质研究可知,介孔氧化硅材料表面的硅醇键具有一定 的化学反应活性,这是表面化学改性的基础。

与活性组分成键,把催化 活性位引入孔道或骨架。

而对骨架的修饰可以通过引入金属离子,使其 周围的电荷过剩产生较强的质子酸中心或路易斯酸中心,或通过金属掺 杂后产生离子交换位,将催化活性组分引入。

化学改性的主要方法：元素取代法 和共价键移植法
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将磺酸基（－SO3H）移植到SBA－15的表面〔13〕：
油酸发生甲醇酯化反应的转化率
沈健,袁兴东等。

燃料化学学报,2003
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将Ti原子引入骨架代替Si〔14〕：
环己烯H2O2氧化反 应的转化率
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朱金华,沈伟等。

化学学报,2003


SBA-15的应用
¾ SBA - 15 大的孔径有利于反应物在孔道内的运输,有利于反应的进一 步进行 , 随着反应物引入量的提高,具有一维结构的各种材料的纳米线 相继在孔道中合成 ¾ 由于SBA - 15孔径可调,表面可官能团化为疏水或亲水环境,且比较容 易制备为较理想的球形材料,因此可以作为较理想的色谱填柱材料 ¾ SBA – 15具有优良的不对称催化活性，适于作手性催化剂的载体 ¾ SBA - 15可以作为合成介孔碳等新介孔材料的模版 ¾ SBA - 15 可以结合酶底物化学、抗体注FL 原化学等,通过测定电流或 电位,构成不同的生物传感器,以及在生物芯片、药物的包埋和控释等 方面有广阔的应用前景
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SBA-15用于色谱固定相分离生物分子〔15〕：
Zhao , J . W , et al. Chem. Comm.2002
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SBA-15制备Ag纳米线〔16〕：
Huang , M. H. ; Chem. Comm. 2000
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SBA-15用于蛋白质分子的选择性吸附： 用于蛋白质分子的选择性吸附
Humphrey H.P .,Phy. Chem. Chem. Phy 2001
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结语和展望
介孔分子筛SBA - 15 的研究在过去短短的几年中取得了很 大的进步,同时也为催化、吸附分离以及高等无机材料等学 科开拓了新的研究领域 但仍存在问题：酸性弱、催化活性低，不能耐受长时间高 温水热处理，在石油加工领域受到限制 在SBA-15制备研究中发现的基于表面活性剂超分子组装 技术、关于反应物和溶剂分子在SBA - 15 孔道内的扩散行 为、存在状态及其对催化反应的影响、在催化反应体系中 的机械与化学稳定性、反应后的回收及再活化等方面都会 成为未来的研究方向
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reference
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