一种可控合成有序球状介孔材料的方法与流程

本发明涉及介孔材料领域，更具体的涉及一种可控合成有序球状介孔材料的方法。

背景技术：

介孔材料因其具有极高的比表面积、规则有序的孔道结构、窄的孔径分布、孔径大小连续可调等优点而被广泛应用。大量的工程实验表明，形貌是影响介孔材料应用的最重要的因素。到目前为止，人们通过改变合成参数或使用添加剂合成出了片状、棒状、纤维状、薄膜状、球状等形貌。为此，探寻一种简单可控且廉价的球状介孔材料的方法显得尤为重要。

目前，就介孔材料合成而言，先前的研究通过采用添加剂或共模板剂来合成球状介孔材料，一般而言，采用添加剂是控制形貌的必要措施。但是，当采用添加剂时，存在一些弊端。引入添加剂时，合成体系中反应物种增加了，介孔材料的合成体系中反应本来就相当复杂，再加之物种的增加，反应体系中的结合将会更复杂，稍微改变合成参数，如：温度、搅拌、成分及添加剂等，将会改变介孔材料的自组装方式，这样就更难控制自组装过程，常常会导致获得的材料形貌各异或较低的有序度；此外，大多数的添加剂具有毒性和生物不相容性常常会限制材料的适用范围，特别是在生物方面的应用。在当前的研究工作中，通常采用正硅酸乙酯作为硅源，因此在合成过程中会耗费大量的成本。

技术实现要素：

本发明提供一种可控合成有序球状介孔材料的方法，主要解决传统合成方法存在添加添加剂，工艺复杂，耗时长，成本高的问题。本发明采用粉石英自主合成硅源，无需采用任何添加剂，仅通过盐酸可控合成有序的球状介孔材料，克服了采用添加剂的不稳定性和不确定性以及合成过程中成本高的不足，具有工艺简单，成本低廉等优点。

具体的，一种可控合成有序球状介孔材料的方法，包括以下步骤：

s1、按照配比，分别称取模板剂、盐酸、粉石英和碳酸钠备用，所述模板剂、盐酸、粉石英和碳酸钠的质量比为1:0.2:0.56:1；

s2、将称取的粉石英和碳酸钠，混合经煅烧后得到固体硅酸钠，并将固体硅酸钠煮沸溶解形成硅酸钠溶液，即合成了硅源；

s3、将称取的模板剂与盐酸混合搅拌至溶解，形成混合液；

s4、将s2中合成的硅源加入混合液中，并水浴加热恒温静置；

s5、将静置后的混合物置于水热反应釜中，并将水热反应釜放置在烘箱中加热保温；

s6、将保温后的水热反应釜中混合物取出，并对混合物进行洗涤，抽滤和干燥处理；

s7、将干燥处理后的混合物在高温马弗炉中进行煅烧，即得有序球状介孔材料。

优选的，步骤s2中，将粉石英与碳酸钠混合形成混合物，将混合物在1450℃温度下煅烧2h后得到固体硅酸钠，将固体硅酸钠煮沸溶解形成硅酸钠溶液，即合成了硅源。

优选的，所述模板剂选用聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物，所述盐酸浓度为4-4.5mol/l。

优选的，步骤s4中，恒温温度为40℃，静置20-24h。

优选的，步骤s5中，烘箱中加热温度为80-100℃，保温时间为20-24h。

优选的，步骤s6中，对混合物使用去离子水洗涤至少3次后，在0.05-0.08mpa压力下抽滤3-5min，将抽滤后的混合物置于烘箱中，在60-70℃下保温6-10h，对混合物进行干燥。

优选的，步骤s7中，高温马弗炉中煅烧温度为550-600℃，煅烧时间为5-6h。

本发明中，使用廉价易得的粉石英材料合成硅源，无需采用任何添加剂，极大的减少了生产成本，合成有序球状介孔材料的工艺简单，耗时少，成本低，节能高效且安全无害，具有良好的工业应用前景，合成的球状介孔材料为有序结构且形貌规则，性能良好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的可控合成有序球状介孔材料的sem图；

图2为本发明实施例1提供的可控合成有序球状介孔材料的tem图；

图3为本发明实施例1提供的可控合成有序球状介孔材料的sxrd图。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明实施例1提供一种可控合成有序球状介孔材料的方法，具体包括以下步骤：

s1、按照配比，分别称取模板剂、盐酸、粉石英和碳酸钠备用，所述模板剂、盐酸、粉石英和碳酸钠的质量比为1:0.2:0.56:1；

s2、将称取的粉石英和碳酸钠混合形成混合物，将混合物在1450℃温度下煅烧2h后得到固体硅酸钠，将固体硅酸钠煮沸溶解形成硅酸钠溶液，即合成了硅源；

s3、将称取的模板剂与盐酸混合搅拌至溶解，形成混合液，其中，模板剂选用聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(p123)，盐酸浓度为4mol/l；

s4、将s2中合成的硅源逐滴加入混合液中，轻微搅拌后，水浴加热恒温40℃下静置20h；

s5、将静置后的混合物置于水热反应釜中，并将水热反应釜放置在100℃烘箱中加热保温24h；

s6、将保温后的水热反应釜中混合物取出，并对混合物使用去离子水洗涤3次后，在0.05mpa压力下抽滤5min，将抽滤后的混合物置于烘箱中，在60℃下保温10h，对混合物进行干燥处理；

s7、将干燥处理后的混合物在高温马弗炉中进行煅烧，其中，煅烧温度为550℃，煅烧时间为6h，煅烧后即得有序球状介孔材料。

其中，制备的有序球状介孔材料经过对介孔材料形貌、有序度和孔道结构进行表征后得出，该球状介孔材料为球状介孔sba-15材料。

根据图1可控合成有序球状介孔材料的sem图可看出，所制备的球状介孔sba-15材料均为尺寸均匀的球状样品，尺寸范围为1-4μm；图2可控合成有序球状介孔材料的tem图可看出，所制备的球状介孔sba-15材料孔道排列有序；图3可控合成有序球状介孔材料的sxrd图可说明，所制备的材料为有序的介孔材料。

本发明实施例1中制备的有序球状介孔材料形貌规则，具有较高的比表面积，利用粉石英为原料合成硅源，无需添加任何添加剂，极大的减少了生产成本，工艺简单，耗时少，成本低，节能高效且安全无害，具有良好的工业应用前景。

实施例2

本发明实施例2提供一种可控合成有序球状介孔材料的方法，具体包括以下步骤：

s1、按照配比，分别称取模板剂、盐酸、粉石英和碳酸钠备用，所述模板剂、盐酸、粉石英和碳酸钠的质量比为1:0.2:0.56:1；

s2、将称取的粉石英和碳酸钠混合形成混合物，将混合物在1450℃温度下煅烧2h后得到固体硅酸钠，将固体硅酸钠煮沸溶解形成硅酸钠溶液，即合成了硅源；

s3、将称取的模板剂与盐酸混合搅拌至溶解，形成混合液，其中，模板剂选用聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(p123)，盐酸浓度为4.2mol/l；

s4、将s2中合成的硅源逐滴加入混合液中，轻微搅拌后，水浴加热恒温40℃下静置22h；

s5、将静置后的混合物置于水热反应釜中，并将水热反应釜放置在90℃烘箱中加热保温22h；

s6、将保温后的水热反应釜中混合物取出，并对混合物使用去离子水洗涤4次后，在0.07mpa压力下抽滤4min，将抽滤后的混合物置于烘箱中，在65℃下保温8h，对混合物进行干燥处理；

s7、将干燥处理后的混合物在高温马弗炉中进行煅烧，其中，煅烧温度为580℃，煅烧时间为5.5h，煅烧后即得有序球状介孔材料。

实施例3

本发明实施例3提供一种可控合成有序球状介孔材料的方法，具体包括以下步骤：

s1、按照配比，分别称取模板剂、盐酸、粉石英和碳酸钠备用，所述模板剂、盐酸、粉石英和碳酸钠的质量比为1:0.2:0.56:1；

s2、按照模板剂、盐酸、粉石英和碳酸钠的质量比为1:0.2:0.56:1的比例，将粉石英和碳酸钠混合形成混合物，将混合物在1450℃温度下煅烧2h后得到固体硅酸钠，将固体硅酸钠煮沸溶解形成硅酸钠溶液，即合成了硅源；

s3、将模板剂与盐酸混合搅拌至溶解，形成混合液，其中，模板剂选用聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(p123)，盐酸浓度为4.5mol/l；

s4、将s2中合成的硅源逐滴加入混合液中，轻微搅拌后，水浴加热恒温40℃下静置20h；

s5、将静置后的混合物置于水热反应釜中，并将水热反应釜放置在80℃烘箱中加热保温20h；

s6、将保温后的水热反应釜中混合物取出，并对混合物使用去离子水洗涤3次后，在0.08mpa压力下抽滤3min，将抽滤后的混合物置于烘箱中，在70℃下保温6h，对混合物进行干燥处理；

s7、将干燥处理后的混合物在高温马弗炉中进行煅烧，其中，煅烧温度为600℃，煅烧时间为5h，煅烧后即得有序球状介孔材料。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。