专利名称：阳离子烷基糖苷为模板剂合成有序介孔二氧化硅的方法
技术领域：
本发明属于无机多孔材料技术领域，具体涉及一种以阳离子烷基糖苷表面活性剂为模板剂合成有序介孔SiO2材料的方法。
背景技术：
1992年Mobil的科学家对于M41S系列硅基介孔材料的合成将材料的规则孔径从微孔范围扩展到介孔领域。有序介孔材料具有广泛应用前景的一类新材料。它在分离提纯、生物材料、化学合成及转化的催化剂、半导体、光学器件、计算机、传感器件、药物递送、气体和液体吸附等许多研究领域有着广阔的应用前景。
目前，具有周期性孔道的介孔二氧化硅材料可以在多种条件下合成。合成介质从强酸性到高碱性非常宽的PH范围，合成温度从室温到150℃左右，结构导向剂可以是阳离子、阴离子、非离子表面活性剂，也可以是一些非表面活性剂物质。
其中以阳离子表面活性剂为模板合成介孔材料最常用的是低分子量的长链烷基季铵盐型阳离子表面活剂。Cai Q等人使用这种长链烷基季铵盐型的阳离子表面活性剂合成出了高度有序的MCM-41介孔材料[文献Cai Q，Lin W Y，Xiao F S et al.The preparation of highlyordered MCM-41 with extremely low surfactant concentration，Microporous Mesoporous Mater.1999，321-5]。但这种表面活性剂作模板合成出的介孔材料结构较单一，孔壁较薄，水热稳定性较差，热稳定性相对较低。除此之外，Huo Q S等人使用极性头较大的长链烷基三乙基铵阳离子表面活性剂在强酸性介质中合成出了SBA-1[文献Huo Q S，Margolese D I，Ciesla Uet al.Generalized Synthesis of Periodic Surfactant Inorganic Composite Materials，Nature.1994，368317-321]，Leontidis E使用Gemini(Cn-s-m)型的双价阳离子型表面活性剂合成出了含有笼结构的三维六方相产物SBA-2[文献Leontidis E.Hofmeister anion effects on surfactant self-assembly and the formation of mesoporous solids，Curr Opin Colloid Interface Sci.2002，781-91]。Zhao D Y等人使用bola型碳氢链中含有刚性基团的表面活性剂作为模板剂合成出来SBA-8[文献Zhao D Y，Huo Q S，Feng J L et al.Novel mesoporous silicates withtwo-dimensional mesostructure direction using rigid bolaform surfactants，ChemMater.1999，112668-2672]，Stucky G D等人使用特长链双头季胺盐阳离子表面活性剂为模板剂在碱性介质中合成出了SBA-6[文献Stucky G D，Huo Q S，Firouzi A et al.Directed synthesisof organic/inorganic composites structures，Progress in Zeolite and Microporous Materials，1997.3-28]，Qisheng Huo等人也报道了使用含有苯环或者含硅的阳离子表面活性剂作为模板剂来合成不同结构的介孔二氧化硅材料[文献Qisheng Huo Qisheng Huo，David I.Margolese，and Galen D.Stucky Chem.Mater.1996，8，1147-1160]。寻找新型的，特别是环境友好的表面活性剂，导向合成具有新结构的有序二氧化硅材料，提高合成材料的水热稳定性以及热稳定性等是目前介孔二氧化硅材料的热点之一。
发明内容
针对已有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种以阳离子烷基糖苷表面活性剂为模板，合成有序介孔二氧化硅材料的方法，该合成方法简单、合成时间短且对环境友好。
本发明的发明目的通过如下技术方案实现一种以阳离子烷基糖苷表面活性剂为模板，合成有序介孔二氧化硅材料的方法，是以阳离子烷基糖苷表面活性剂为结构导向剂，在碱性条件下将硅源快速水解得到。具体步骤如下首先将质量比为0.4～4∶10～50∶0.5～2∶1～4的阳离子烷基糖苷表面活性剂、水、碱或酸、硅源混合，在10～70℃下搅拌，搅拌4～24小时，然后直接过滤洗涤，在25～100℃干燥后，并在350℃～550℃焙烧而成，可以得到d值在2～14nm的立方介孔二氧化硅材料。
上述方法中，阳离子表面活性剂为50％阳离子烷基糖苷水溶液。硅源为正硅酸乙酯或硅酸钠。所用碱为氨水、氢氧化钠等，酸为醋酸、硫酸等。
本发明的优点是1，合成方法简单，合成时间短，易操作。
2，本发明合成的有序介孔二氧化硅材料具有良好的热稳定性及水热稳定性。100℃热水中处理60小时及900℃氮气中焙烧2小时后仍能保持有序结构。
3，本发明使用的结构导向剂为工业级阳离子烷基糖苷，具有对环境友好的特点，有利于产品的工业化。
具体实施例方式
实施例1将50％的阳离子烷基糖苷表面活性剂(CAPG-08143)、水、1M氨水、正硅酸乙酯按质量比为0.9∶20∶1.1∶2混合，在19℃搅拌，搅拌10小时，过滤，去离子水冲洗，后经80℃干燥，350℃空气中焙烧4小时，得到白色粉末状产品，产率为90％，可以得到立方相的介孔二氧化硅，d值为6.3nm。
实施例2将50％的阳离子烷基糖苷表面活性剂(CAPG-12143)、水、1M氨水、正硅酸乙酯按质量比为0.6∶20∶1.1∶2混合，在50℃搅拌，搅拌10小时，过滤，去离子水冲洗，后经60℃空气干燥，500℃空气中焙烧4小时，得到白色粉末状产品，产率为87％，可以得到立方相的介孔二氧化硅，d值为5.5nm。
实施例3将50％的阳离子烷基糖苷表面活性剂(CAPG-12143)、水、1M氨水、正硅酸乙酯按质量比为1.2∶20∶1.1∶2混合，在13℃搅拌，搅拌10小时，过滤，去离子水冲洗，后经80℃空气干燥，550℃空气中焙烧4小时，得到白色粉末状产品，产率为88％，可以得到立方相的介孔二氧化硅，d值为7.4nm。
实施例4将50％的阳离子烷基糖苷表面活性剂(CAPG-08143)、水、冰醋酸、硅酸钠按质量比为0.9∶20∶0.78∶2.73混合，在19℃搅拌，搅拌12小时，过滤，去离子水冲洗，后经80℃干燥，450℃空气中焙烧4小时，得到白色粉末状产品，产率为90％，可以得到立方相的介孔二氧化硅，d值为8.1nm。
实施例5将50％的阳离子烷基糖苷表面活性剂(CAPG-08143)、水、冰醋酸、硅酸钠按质量比为0.9∶20∶0.78∶2.73混合，在30℃搅拌，搅拌9小时，过滤，去离子水冲洗，后经30℃干燥，350℃空气中焙烧4小时，得到白色粉末状产品，产率为90％，可以得到立方相的介孔二氧化硅，d值为8.8nm。
实施例6将50％的阳离子烷基糖苷表面活性剂(CAPG-12143)、水、冰醋酸、硅酸钠按质量比为0.6∶20∶0.78∶2.73混合，在50℃搅拌，搅拌10小时，过滤，去离子水冲洗，后经80℃干燥，350℃空气中焙烧4小时，得到白色粉末状产品，产率为90％，可以得到立方相的介孔二氧化硅，d值为8.7nm。
实施例7将50％的阳离子烷基糖苷表面活性剂(CAPG-12143)、水、冰醋酸、硅酸钠按质量比为1.2∶20∶0.78∶2.73混合，在40℃搅拌，搅拌10小时，过滤，去离子水冲洗，后经80℃空气干燥，350℃空气中焙烧4小时，得到白色粉末状产品，产率为89％，可以得到立方相的介孔二氧化硅，d值为8.3nm。
实施例8将50％的阳离子烷基糖苷表面活性剂(CAPG-08143)、水、浓硫酸、硅酸钠按质量比为0.9∶20∶0.87∶2.78混合，在19℃搅拌，搅拌10小时，过滤，去离子水冲洗，后经80℃干燥，350℃空气中焙烧5小时，得到白色粉末状产品，产率为90％，可以得到立方相的介孔二氧化硅，d值为11.3nm。
实施例9将50％的阳离子烷基糖苷表面活性剂(CAPG-12143)、水、浓硫酸、硅酸钠按质量比为0.6∶20∶0.78∶2.73混合，在70℃搅拌，搅拌6小时，过滤，去离子水冲洗，后经80℃空气干燥，500℃空气中焙烧3小时，得到白色粉末状产品，产率为87％，可以得到立方相的介孔二氧化硅，d值为11.6nm。
实施例10将50％的阳离子烷基糖苷表面活性剂(CAPG-08143)、水、1M氢氧化钠溶液、正硅酸乙酯按质量比为0.9∶20∶1.89∶2混合，在23℃搅拌，搅拌20小时，过滤，去离子水冲洗，后经90℃空气干燥，400℃空气中焙烧4小时，得到白色粉末状产品，产率为89％，可以得到立方相的介孔二氧化硅，d值为10.6nm。
实施例11将50％的阳离子烷基糖苷表面活性剂(CAPG-12143)、水、1M氢氧化钠溶液、正硅酸乙酯按质量比为0.6∶20∶1.89∶2混合，在50℃搅拌，搅拌8小时，过滤，去离子水冲洗，后经80℃空气干燥，500℃空气中焙烧4小时，得到白色粉末状产品，产率为87％，可以得到立方相的介孔二氧化硅，d值为9.8nm。
实施例12将50％的阳离子烷基糖苷表面活性剂(CAPG-12143)、水、1M氢氧化钠溶液、正硅酸乙酯按质量比为1.2∶20∶1.89∶2混合，在13℃搅拌，搅拌15小时，过滤，去离子水冲洗，后经50℃空气干燥，550℃空气中焙烧4小时，得到白色粉末状产品，产率为88％，可以得到立方相的介孔二氧化硅，d值为10.4nm。
权利要求
1.一种以阳离子烷基糖苷为模板剂合成有序介孔SiO2材料的方法，具体步骤如下1)、首先将质量比为0.4～4∶10～50∶0.5～2∶1～4的阳离子烷基糖苷、水、碱或酸、硅源混合，在10～70℃下搅拌；2)、然后过滤、洗涤、干燥，并在350℃～550℃焙烧，得到d值在2～14nm的立方介孔二氧化硅材料。
2.根据权利要求书1中所述的合成方法，其特征在于所述阳离子烷基糖苷的质量百分比浓度为50％。
3.根据权利要求书1中所述的合成方法，其特征在于所述硅源为正硅酸乙酯或硅酸钠中的一种。
4.根据权利要求书1中所述的合成方法，其特征在于所用的碱为氨水或者氢氧化钠溶液，酸为醋酸或者硫酸。
5.根据权利要求书1中所述的合成方法，其特征在于所述1)步骤中的搅拌时间为4～24小时。
6.根据权利要求书1中所述的合成方法，其特征在于所述2)步骤中的干燥温度为25～100℃。
全文摘要
一种以阳离子烷基糖苷为模板剂合成有序介孔SiO
文档编号C01B33/187GK1907852SQ20061002974
公开日2007年2月7日 申请日期2006年8月4日 优先权日2006年8月4日
发明者单永奎, 王海文, 孔爱国, 赵新华, 陈波 申请人:华东师范大学