AEC三嵌段陰離子型表面活性劑導(dǎo)向法合成厚壁介孔材料.pdf

1、自1992年Mobil公司科學(xué)家首次通過表面活性劑結(jié)構(gòu)導(dǎo)向法合成MCM-41介孔材料以來,介孔材料的發(fā)展備受化學(xué)、材料學(xué)等不同學(xué)科的廣泛關(guān)注。由于具有較大的比表面積、大孔容、有序可調(diào)變的孔徑(2~50nm)及規(guī)整而多樣的介觀結(jié)構(gòu)等特點(diǎn),使得介孔材料在化工、生物醫(yī)藥、環(huán)境保護(hù)和能源材料等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。近年來,科學(xué)家在研究介孔材料的孔和結(jié)構(gòu)性質(zhì)時發(fā)現(xiàn)：介孔材料較普遍存在壁薄的缺點(diǎn),因此造成其機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性差和水熱穩(wěn)定性差,

2、大大限制了介孔材料的工業(yè)應(yīng)用范圍,嚴(yán)重阻礙介孔材料在很多方面取代傳統(tǒng)微孔沸石型分子篩的進(jìn)程。所以,合成具有厚壁介孔材料并在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對孔壁厚度進(jìn)行控制成為很多研究者首要解決的問題。鑒于此,本論文工作主要針對從模板分子的選擇和設(shè)計入手,導(dǎo)向合成一種具有厚壁的介孔二氧化硅材料,并實(shí)現(xiàn)對介孔材料孔壁厚度的控制。本文具體內(nèi)容如下：第一章：綜述介孔材料的概況,包括合成機(jī)理、合成方法、表征、結(jié)構(gòu)控制、穩(wěn)定化及應(yīng)用價值。第二章：設(shè)計合成AEC型具

3、有雙頭親水基團(tuán)的三嵌段陰離子型表面活性劑(CnH2n+1-(EO)m-COONa),并用這種新型表面活性劑合成了有序二維六方p6mm結(jié)構(gòu)的厚壁介孔二氧化硅材料,其壁厚高達(dá)到3.4 nm,相當(dāng)于用同疏水基團(tuán)單頭非離子(CnH2n+1O(CH2CH2O)mOH)或陰離子表面活性劑(CnH2n+1COONa)合成材料的1.2~1.7倍。發(fā)現(xiàn)了由于AEC型表面活性劑在分子結(jié)構(gòu)上存在兩種不同性質(zhì)的親水頭部,導(dǎo)致合成介孔二氧化硅材料過程中兩層硅壁的

4、形成,從而極大地提高了壁厚。本文采用硬模板法成功地合成了這種厚壁介孔二氧化硅材料反向復(fù)制的碳材料,并發(fā)現(xiàn)兩種材料結(jié)構(gòu)上的一致性,以及硅材料的壁厚和孔徑與介孔碳的孔徑和壁厚的匹配。這給予所提出的機(jī)理和模型一強(qiáng)有力的證據(jù)。此外,本文發(fā)現(xiàn)通過調(diào)節(jié)AEC型的表面活性劑的EO段的長短就可以調(diào)控介孔材料的壁厚。最后,本文考察了這種材料的水熱穩(wěn)定性,發(fā)現(xiàn)相比于用傳統(tǒng)的表面活性劑為模板合成的介孔材料,由于有效地增大了壁厚,材料的水熱穩(wěn)定性也得到很大的提

5、高。另外,因?yàn)椴捎昧薈SDA的合成方法,所以萃取的材料與許多AMS-n材料一樣,保留了官能化的有機(jī)基團(tuán)。第三章：研究了C12H25O(CH2CH2O)10CH2COOH/TMAPS/NaOH合成體系的相圖,并成功地確定了利用這種新型三嵌段表面活性劑合成了有序二維六方p6mm結(jié)構(gòu)的厚壁介孔二氧化硅材料的介觀相區(qū)。并對實(shí)驗(yàn)的各種條件進(jìn)行了優(yōu)化。在介觀相圖中,我們發(fā)現(xiàn)對于TMAPS量較低的區(qū)域(TMAPS/C12H25O(CH2CH2O)10