多孔材料由于比表面积较高,一直以来在催化、分离和吸附等领域有着广泛的用途。国际纯粹与应用化学协会(IUPAC)定义,按照孔径大小,多孔材料分为3类:孔道尺寸小于2。0nm的分子筛为微孔分子筛;孔径介于2。0nm~50nm为介孔分子筛;孔径大于50nm为大孔分子筛。微孔分子筛广泛用于催化和吸附领域,但因其孔径尺寸的局限,对于一些大分子反应就无能为力。介孔分子筛以表面活性剂为模板剂,利用溶胶—凝胶、乳化、或微乳等化学过程通过有机物和无机物之间界面作用组装生成。介孔分子筛的特点是通常具有规则的孔结构、孔分布窄、高比表面积。介孔分子筛的孔径大且可调、孔道规整、比表面积高在涉及大分子的吸附、分离、催化方面大有前景。1992年,Kresege和Beck等首次报道了一类以硅铝酸盐为基质的新颖的有序介孔氧化硅材料——M41S(the mobile composition material 41 series),其优越性在于他们具有均一可调的介孔孔径、稳定的骨架结构、易于修饰的内表面、一定壁厚且易于掺杂的无定型骨架组成和高的比表面积,可用作吸附剂、催化剂及其载体。由于有序介孔材料孔径分布范围窄、且在2~50nm范围内可调,因此对于沸石分子筛难已完成的大分子催化、吸附与分离等过程意义重大。同时有序介孔材料具有规则、有序、可调的纳米级孔道结构,可作为纳米微粒的“微反应器”,为人们从微观角度研究介孔材料提供了重要的物质基础。近几年,作为一种新型功能材料,有序介孔材料以其大的比表面积、高度规整的孔道结构、孔径分布窄且可调等优良的结构性能使其在催化、吸附与分离、生物医药合成、材料组装等方面有着巨大的应用潜力。
2 有序介孔材料的发展
2。1 有序介孔材料的形成
介孔材料的合成主要是采用模板法来实现。根据所使用的模板类型分为软模板路线和硬模板路线。有机表面活性剂就是所谓的“软模板”,它可溶解在水中,然后加入形成骨架的物源,物源在酸性或碱性水溶液中水解并沉积在表面活性剂的周围,形成一种复合结构。由于表面活性剂自组装可形成有序的介观结构,因此这种复合结构具有介观有序性。最后通过煅烧或者溶剂萃取除去表面活性剂模板,就会留下一个一个的小孔,这样就得到了介孔材料;而有序介孔材料的孔道按照几何空间群排列,具有特定的对称性。近年来,作为一种新型功能材料,有序介孔材料因其较大的比表面积、高度规整的孔道结构、孔径分布窄且可调等优良的结构性能时期在催化、吸附与分离、生物医药合成、材料组装等方面有着巨大的应用潜力,因此越来越多的科研工作者将目光投向这类材料的合成研究,并取得较大进展。
2。2 有序介孔材料的类型及结构特点
2。2。1 硅基介孔材料来自优O尔P论R文T网WWw.YoueRw.com 加QQ7520`18766
常见的硅基介孔材料有MCM系列(MCM-41、MCM-48、MCM-50)、SBA系列(SBA-1、SBA-2、SBA-3、SBA-15)、MSU系列(MSU-1、MSU-2、MSU-3)、FSM-16。其中具有代表性的SBA-15的孔径为4。6~30nm,孔壁厚3。1~6。0nm,孔道间通过微孔相连,水热稳定性好,热稳定性高,比表面积一般为700~1000m2/g[4]。
Wang等[5]利用FC-4和P123的混合物模板在酸性介质中,高温下合成了有序介孔二氧化硅材料JLU-20-TEA。他们向HCl溶液中加入一定量的氟碳表面活性剂(FC-4),三嵌段共聚物(P123),并搅拌溶解,之后在四乙基铵(TEA+)或四丙基铵(TPA+)阳离子存在下,550 oC焙烧5h除去表面活性剂,最终合成了有序六方介孔二氧化硅材料。在合成硅基介孔材料中水热法经常采用,为了提高水热稳定性,可适当增加材料中的硅含量。但是,该方法使用的氟碳表面活性剂(FC-4)不能回收利用,直接排放可能会对环境造成威胁。