论文部分内容阅读
介孔材料具有较高的比表面积、孔径在2～50nm内连续可调，表面形貌及孔道结构多样性等特征，在催化、吸附和分离等领域有着重要的应用前景。表面活性剂模板法是目前合成介孔材料最常用的方法。正负离子表面活性剂混合体系由于协同作用在水溶液中表现出多种多样的相行为，其中液晶可以作为合成介孔材料的良好模板。本文在研究正负离子表面活性剂混合体系（十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和十二烷基硫酸钠(SDS)）液晶相行为的基础上，选择适合于介孔二氧化硅合成的液晶区，进一步优化介孔材料合成的条件，并通过改变合成条件来控制介孔分子筛的孔径尺寸及形貌，尝试实现对介孔材料结构的定向设计。 首先，利用激光散射粒度仪探究了混合表面活性剂体系胶束粒度随浓度及相对组成、温度等因素的变化，发现CTAB与SDS的混合有利于形成大单元的有序组合体，CTAB在表面活性剂中的摩尔分数xB为0.3及0.65时，有序组合体结构最大。对于该配比下的模板剂体系，表面活性剂总浓度较低时形成大单元胶束，较高时形成长程有序的液晶结构。实验进一步详细研究了液晶区形成的条件及影响因素，发现正负离子表面活性剂只有在特定配比范围内才能形成液晶，不同表面活性剂浓度下形成的液晶区域及液晶形态也有所差别。低浓度表面活性剂体系形成的液晶形态更加丰富多彩，但结构比较疏松，无机盐的加入可以增加液晶结构的致密性；高浓度表面活性剂体系形成的液晶致密有序，结构更加稳定，可以在较大温度范围内保持稳定。正负离子表面活性剂体系的液晶相行为为介孔材料的合成提供了有力的依据。 其次，以正负离子表面活性剂形成的液晶为模板，以正硅酸乙酯（TEOS）为硅源，合成介孔二氧化硅材料，并用氮气吸附、红外光谱等方法对材料进行表征。通过改变合成条件，如表面活性剂的浓度、硅源与表面活性剂的配比、CTAB与SDS的配比、酸碱环境及反应温度，探究了各种条件对介孔结构的影响规律。结果表明，各种影响因素对介孔结构都起到一定的调节作用，比如表面活性剂浓度较高时（如0.4mol/L）合成的介孔结构有序度更高；提高无机硅源与表面活性剂的摩尔比，有利于合成孔径分布更加均匀，比表面积更大的介孔材料；通过改变阴阳离子表面活性剂的配比，可以得到一系列孔径连续可调的介孔材料；碱性条件有利于低浓度表面活性剂体系中介孔材料的合成；酸性条件通过控制TEOS的水解和缩聚，有利于高浓度表面活性剂体系发挥模板作用。 最后，研究了在CTAB/SDS混合表面活性剂体系中，酸、无机盐及有机物的添加对合成介孔二氧化硅材料孔径的影响。结果表明，三类添加物对扩孔都有一定的作用，加入适量的盐酸，孔径可达到18nm，孔径的大小与添加物的质量有关。此外，不同的添加物条件下合成介孔材料的孔型和表明形貌也呈现多样性。