專利名稱：陽離子烷基糖苷為模板劑合成有序介孔二氧化硅的方法
技術領域：
本發明屬于無機多孔材料技術領域，具體涉及一種以陽離子烷基糖苷表面活性劑為模板劑合成有序介孔SiO2材料的方法。
背景技術：
1992年Mobil的科學家對于M41S系列硅基介孔材料的合成將材料的規則孔徑從微孔范圍擴展到介孔領域。有序介孔材料具有廣泛應用前景的一類新材料。它在分離提純、生物材料、化學合成及轉化的催化劑、半導體、光學器件、計算機、傳感器件、藥物遞送、氣體和液體吸附等許多研究領域有著廣闊的應用前景。
目前，具有周期性孔道的介孔二氧化硅材料可以在多種條件下合成。合成介質從強酸性到高堿性非常寬的PH范圍，合成溫度從室溫到150℃左右，結構導向劑可以是陽離子、陰離子、非離子表面活性劑，也可以是一些非表面活性劑物質。
其中以陽離子表面活性劑為模板合成介孔材料最常用的是低分子量的長鏈烷基季銨鹽型陽離子表面活劑。Cai Q等人使用這種長鏈烷基季銨鹽型的陽離子表面活性劑合成出了高度有序的MCM-41介孔材料[文獻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]。但這種表面活性劑作模板合成出的介孔材料結構較單一，孔壁較薄，水熱穩定性較差，熱穩定性相對較低。除此之外，Huo Q S等人使用極性頭較大的長鏈烷基三乙基銨陽離子表面活性劑在強酸性介質中合成出了SBA-1[文獻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)型的雙價陽離子型表面活性劑合成出了含有籠結構的三維六方相產物SBA-2[文獻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型碳氫鏈中含有剛性基團的表面活性劑作為模板劑合成出來SBA-8[文獻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等人使用特長鏈雙頭季胺鹽陽離子表面活性劑為模板劑在堿性介質中合成出了SBA-6[文獻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等人也報道了使用含有苯環或者含硅的陽離子表面活性劑作為模板劑來合成不同結構的介孔二氧化硅材料[文獻Qisheng Huo Qisheng Huo，David I.Margolese，and Galen D.Stucky Chem.Mater.1996，8，1147-1160]。尋找新型的，特別是環境友好的表面活性劑，導向合成具有新結構的有序二氧化硅材料，提高合成材料的水熱穩定性以及熱穩定性等是目前介孔二氧化硅材料的熱點之一。
發明內容
針對已有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種以陽離子烷基糖苷表面活性劑為模板，合成有序介孔二氧化硅材料的方法，該合成方法簡單、合成時間短且對環境友好。
本發明的發明目的通過如下技術方案實現一種以陽離子烷基糖苷表面活性劑為模板，合成有序介孔二氧化硅材料的方法，是以陽離子烷基糖苷表面活性劑為結構導向劑，在堿性條件下將硅源快速水解得到。具體步驟如下首先將質量比為0.4～4∶10～50∶0.5～2∶1～4的陽離子烷基糖苷表面活性劑、水、堿或酸、硅源混合，在10～70℃下攪拌，攪拌4～24小時，然后直接過濾洗滌，在25～100℃干燥后，并在350℃～550℃焙燒而成，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，陽離子表面活性劑為50％陽離子烷基糖苷水溶液。硅源為正硅酸乙酯或硅酸鈉。所用堿為氨水、氫氧化鈉等，酸為醋酸、硫酸等。
本發明的優點是1，合成方法簡單，合成時間短，易操作。
2，本發明合成的有序介孔二氧化硅材料具有良好的熱穩定性及水熱穩定性。100℃熱水中處理60小時及900℃氮氣中焙燒2小時后仍能保持有序結構。
3，本發明使用的結構導向劑為工業級陽離子烷基糖苷，具有對環境友好的特點，有利于產品的工業化。
具體實施例方式
實施例1將50％的陽離子烷基糖苷表面活性劑(CAPG-08143)、水、1M氨水、正硅酸乙酯按質量比為0.9∶20∶1.1∶2混合，在19℃攪拌，攪拌10小時，過濾，去離子水沖洗，后經80℃干燥，350℃空氣中焙燒4小時，得到白色粉末狀產品，產率為90％，可以得到立方相的介孔二氧化硅，d值為6.3nm。
實施例2將50％的陽離子烷基糖苷表面活性劑(CAPG-12143)、水、1M氨水、正硅酸乙酯按質量比為0.6∶20∶1.1∶2混合，在50℃攪拌，攪拌10小時，過濾，去離子水沖洗，后經60℃空氣干燥，500℃空氣中焙燒4小時，得到白色粉末狀產品，產率為87％，可以得到立方相的介孔二氧化硅，d值為5.5nm。
實施例3將50％的陽離子烷基糖苷表面活性劑(CAPG-12143)、水、1M氨水、正硅酸乙酯按質量比為1.2∶20∶1.1∶2混合，在13℃攪拌，攪拌10小時，過濾，去離子水沖洗，后經80℃空氣干燥，550℃空氣中焙燒4小時，得到白色粉末狀產品，產率為88％，可以得到立方相的介孔二氧化硅，d值為7.4nm。
實施例4將50％的陽離子烷基糖苷表面活性劑(CAPG-08143)、水、冰醋酸、硅酸鈉按質量比為0.9∶20∶0.78∶2.73混合，在19℃攪拌，攪拌12小時，過濾，去離子水沖洗，后經80℃干燥，450℃空氣中焙燒4小時，得到白色粉末狀產品，產率為90％，可以得到立方相的介孔二氧化硅，d值為8.1nm。
實施例5將50％的陽離子烷基糖苷表面活性劑(CAPG-08143)、水、冰醋酸、硅酸鈉按質量比為0.9∶20∶0.78∶2.73混合，在30℃攪拌，攪拌9小時，過濾，去離子水沖洗，后經30℃干燥，350℃空氣中焙燒4小時，得到白色粉末狀產品，產率為90％，可以得到立方相的介孔二氧化硅，d值為8.8nm。
實施例6將50％的陽離子烷基糖苷表面活性劑(CAPG-12143)、水、冰醋酸、硅酸鈉按質量比為0.6∶20∶0.78∶2.73混合，在50℃攪拌，攪拌10小時，過濾，去離子水沖洗，后經80℃干燥，350℃空氣中焙燒4小時，得到白色粉末狀產品，產率為90％，可以得到立方相的介孔二氧化硅，d值為8.7nm。
實施例7將50％的陽離子烷基糖苷表面活性劑(CAPG-12143)、水、冰醋酸、硅酸鈉按質量比為1.2∶20∶0.78∶2.73混合，在40℃攪拌，攪拌10小時，過濾，去離子水沖洗，后經80℃空氣干燥，350℃空氣中焙燒4小時，得到白色粉末狀產品，產率為89％，可以得到立方相的介孔二氧化硅，d值為8.3nm。
實施例8將50％的陽離子烷基糖苷表面活性劑(CAPG-08143)、水、濃硫酸、硅酸鈉按質量比為0.9∶20∶0.87∶2.78混合，在19℃攪拌，攪拌10小時，過濾，去離子水沖洗，后經80℃干燥，350℃空氣中焙燒5小時，得到白色粉末狀產品，產率為90％，可以得到立方相的介孔二氧化硅，d值為11.3nm。
實施例9將50％的陽離子烷基糖苷表面活性劑(CAPG-12143)、水、濃硫酸、硅酸鈉按質量比為0.6∶20∶0.78∶2.73混合，在70℃攪拌，攪拌6小時，過濾，去離子水沖洗，后經80℃空氣干燥，500℃空氣中焙燒3小時，得到白色粉末狀產品，產率為87％，可以得到立方相的介孔二氧化硅，d值為11.6nm。
實施例10將50％的陽離子烷基糖苷表面活性劑(CAPG-08143)、水、1M氫氧化鈉溶液、正硅酸乙酯按質量比為0.9∶20∶1.89∶2混合，在23℃攪拌，攪拌20小時，過濾，去離子水沖洗，后經90℃空氣干燥，400℃空氣中焙燒4小時，得到白色粉末狀產品，產率為89％，可以得到立方相的介孔二氧化硅，d值為10.6nm。
實施例11將50％的陽離子烷基糖苷表面活性劑(CAPG-12143)、水、1M氫氧化鈉溶液、正硅酸乙酯按質量比為0.6∶20∶1.89∶2混合，在50℃攪拌，攪拌8小時，過濾，去離子水沖洗，后經80℃空氣干燥，500℃空氣中焙燒4小時，得到白色粉末狀產品，產率為87％，可以得到立方相的介孔二氧化硅，d值為9.8nm。
實施例12將50％的陽離子烷基糖苷表面活性劑(CAPG-12143)、水、1M氫氧化鈉溶液、正硅酸乙酯按質量比為1.2∶20∶1.89∶2混合，在13℃攪拌，攪拌15小時，過濾，去離子水沖洗，后經50℃空氣干燥，550℃空氣中焙燒4小時，得到白色粉末狀產品，產率為88％，可以得到立方相的介孔二氧化硅，d值為10.4nm。
權利要求
1.一種以陽離子烷基糖苷為模板劑合成有序介孔SiO2材料的方法，具體步驟如下1)、首先將質量比為0.4～4∶10～50∶0.5～2∶1～4的陽離子烷基糖苷、水、堿或酸、硅源混合，在10～70℃下攪拌；2)、然后過濾、洗滌、干燥，并在350℃～550℃焙燒，得到d值在2～14nm的立方介孔二氧化硅材料。
2.根據權利要求書1中所述的合成方法，其特征在于所述陽離子烷基糖苷的質量百分比濃度為50％。
3.根據權利要求書1中所述的合成方法，其特征在于所述硅源為正硅酸乙酯或硅酸鈉中的一種。
4.根據權利要求書1中所述的合成方法，其特征在于所用的堿為氨水或者氫氧化鈉溶液，酸為醋酸或者硫酸。
5.根據權利要求書1中所述的合成方法，其特征在于所述1)步驟中的攪拌時間為4～24小時。
6.根據權利要求書1中所述的合成方法，其特征在于所述2)步驟中的干燥溫度為25～100℃。
全文摘要
一種以陽離子烷基糖苷為模板劑合成有序介孔SiO
文檔編號C01B33/187GK1907852SQ20061002974
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月4日 優先權日2006年8月4日
發明者單永奎, 王海文, 孔愛國, 趙新華, 陳波 申請人:華東師范大學