本發(fā)明涉及一種多孔材料的制備方法，尤其涉及一種介孔氧化硅材料的制備方法及制成的介孔氧化硅材料，屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

介孔氧化硅材料因具有高度有序的介孔孔道、較大的比表面積、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性、易于表面功能化等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于吸附、催化、環(huán)保、化工等領(lǐng)域。但介孔氧化硅材料的制備仍存在以下問題：①介孔氧化硅材料合成過程中采用的模板劑主要為表面活性劑，其價(jià)格較高；②模板劑的去除主要包括煅燒法和溶劑萃取法，煅燒法能耗高，并且煅燒易破壞材料的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，引起骨架的收縮或塌陷，導(dǎo)致其有序性下降；溶劑萃取法反應(yīng)速率較慢，工藝周期長，且萃后溶劑回收處理困難。因此，需要尋找廉價(jià)、無毒害、易去除的模板劑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提出了一種模板劑可通過水洗去除、無需煅燒，簡單易行，成本低，環(huán)境友好的介孔氧化硅材料的制備方法。

本發(fā)明的目的可通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種介孔氧化硅材料的制備方法，所述制備方法為：將模板劑和溶劑、堿組成混合溶液，然后加入硅源，反應(yīng)后經(jīng)過濾、洗滌得到介孔氧化硅材料；其中，所述模板劑為沒食子酸。

在上述的一種介孔氧化硅材料的制備方法中，所述模板劑與溶劑的摩爾比為：1:(250-500)。

在上述的一種介孔氧化硅材料的制備方法中，所述模板劑與堿的摩爾比為：1:(400-800)。

在上述的一種介孔氧化硅材料的制備方法中，所述模板劑與硅源的摩爾比為：1:(0.2-0.9)。

在上述的一種介孔氧化硅材料的制備方法中，所述溶劑為乙醇。

在上述的一種介孔氧化硅材料的制備方法中，所述堿為氨水。

在上述的一種介孔氧化硅材料的制備方法中，所述硅源為正硅酸乙酯、正硅酸甲酯中的一種或兩種。

在上述的一種介孔氧化硅材料的制備方法中，所述反應(yīng)的時(shí)間為1-3h。

本發(fā)明另一個(gè)目的在于提供上述介孔氧化硅材料的制備方法制成的介孔氧化硅材料，所述氧化硅材料為介孔結(jié)構(gòu)，孔徑為3～10nm、孔容為0.4～1.0m³/g，所述氧化硅材料的比表面積為350～750m²/g、粒徑為50～150nm。

在上述的一種介孔氧化硅材料的制備方法制成的介孔氧化硅材料中，所述氧化硅材料為無序介孔結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明針對介孔氧化硅的制備過程仍存在的制備工藝復(fù)雜、成本高、易污染等問題，采用沒食子酸為模板劑合成介孔氧化硅材料，沒食子酸可通過水洗去除，無需煅燒。因此，本發(fā)明方法具有簡單易行、成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明通過改變制備過程中模板劑的用量、堿的用量、硅源的用量、反應(yīng)時(shí)間等制備條件，調(diào)控介孔氧化硅材料的粒徑、孔徑、比表面積和孔結(jié)構(gòu)等，實(shí)現(xiàn)對其形貌和結(jié)構(gòu)的調(diào)控。具體為：隨著沒食子酸用量增加，孔徑增大、孔容增大、比表面積減??；隨著堿的用量增加，孔徑增大、孔容增大、比表面積減?。浑S著硅源的用量增加，孔徑變小、孔容減小、比表面積增大；在一定反應(yīng)時(shí)間內(nèi)隨著反應(yīng)時(shí)間延遲，孔徑變小、孔容減小、比表面積增大。

本發(fā)明介孔氧化硅材料的制備中，模板劑沒食子酸和溶劑無水乙醇、堿氨水組成混合溶液，氨水溶液的水用于水解硅源。具體過程參見圖4。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制得的介孔氧化硅材料的掃描電鏡圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制得的介孔氧化硅材料的投射電鏡圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制得的介孔氧化硅材料的氮?dú)馕矫摳綀D；

圖4位本發(fā)明反應(yīng)機(jī)理圖。

具體實(shí)施方式

以下是本發(fā)明的具體實(shí)施例，并結(jié)合附圖說明對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。

實(shí)施例1：

以摩爾比為1：364.65將沒食子酸在室溫下溶于無水乙醇中，加入濃氨水(濃度為26％)，模板劑與濃氨水的摩爾比為1：565.03，快速攪拌1min，之后加入硅源正硅酸乙酯，模板劑與硅源的摩爾比為1：0.57，室溫下快速攪拌2h。反應(yīng)完成后將懸濁液離心分離，蒸餾水洗滌多次，得到無序介孔結(jié)構(gòu)的介孔氧化硅材料，孔徑為6.2nm、孔容為0.75m³/g、比表面積為516m²/g、粒徑為106nm。

圖1、圖2分別顯示了介孔氧化硅材料的sem和tem圖。從sem圖中可以看出此介孔氧化硅表面表現(xiàn)出孔的存在，且呈“花菜”結(jié)構(gòu)；tem圖進(jìn)一步驗(yàn)證了其不規(guī)則多孔結(jié)構(gòu)的真實(shí)性。

如圖3所示，圖3的氮?dú)馕矫摳角€為典型的介孔材料氮?dú)馕矫摳綀D，證明了本實(shí)施例為介孔材料。

實(shí)施例2：

以摩爾比為1：486.2將沒食子酸在室溫下溶于無水乙醇中，加入濃氨水(濃度為26％)，模板劑與濃氨水的摩爾比為1：753.37，快速攪拌1min，之后加入硅源正硅酸乙酯，模板劑與硅源的摩爾比為1：0.76，室溫下快速攪拌2h。反應(yīng)完成后將懸濁液離心分離，蒸餾水洗滌多次，得到無序介孔結(jié)構(gòu)的介孔氧化硅材料，孔徑為4.8nm、孔容為0.63m³/g、比表面積為614m²/g、粒徑為101nm。

實(shí)施例3：

以摩爾比為1：291.72將沒食子酸在室溫下溶于無水乙醇中，加入濃氨水(濃度為26％)，模板劑與濃氨水的摩爾比為1：452.02，快速攪拌1min，之后加入硅源正硅酸乙酯，模板劑與硅源的摩爾比為1：0.46，室溫下快速攪拌2h。反應(yīng)完成后將懸濁液離心分離，蒸餾水洗滌多次，得到無序介孔結(jié)構(gòu)的介孔氧化硅材料，孔徑為8.9nm、孔容為0.91m³/g、比表面積為478m²/g、粒徑為112nm。

實(shí)施例1-3的數(shù)據(jù)體現(xiàn)出隨著沒食子酸用量增加，孔徑增大、孔容增大、比表面積減小的效果

實(shí)施例4：

以摩爾比為1：364.65將沒食子酸在室溫下溶于無水乙醇中，加入濃氨水(濃度為26％)，模板劑與濃氨水的摩爾比為1：437.05，快速攪拌1min，之后加入硅源正硅酸乙酯，模板劑與硅源的摩爾比為1：0.57，室溫下快速攪拌2h。反應(yīng)完成后將懸濁液離心分離，蒸餾水洗滌多次，得到無序介孔結(jié)構(gòu)的介孔氧化硅材料，孔徑為4.6nm、孔容為0.57m³/g、比表面積為635m²/g、粒徑為108nm。

實(shí)施例5：

以摩爾比為1：364.65將沒食子酸在室溫下溶于無水乙醇中，加入濃氨水(濃度為26％)，模板劑與濃氨水的摩爾比為1：641.51，快速攪拌1min，之后加入硅源正硅酸乙酯，模板劑與硅源的摩爾比為1：0.57，室溫下快速攪拌2h。反應(yīng)完成后將懸濁液離心分離，蒸餾水洗滌多次，得到無序介孔結(jié)構(gòu)的介孔氧化硅材料，孔徑為8.5nm、孔容為0.90m³/g、比表面積為469m²/g、粒徑為109nm。

實(shí)施例1、4、5的數(shù)據(jù)體現(xiàn)出隨著氨水的用量增加，孔徑增大、孔容增大、比表面積減小的效果。

實(shí)施例6：

以摩爾比為1：364.65將沒食子酸在室溫下溶于無水乙醇中，加入濃氨水(濃度為26％)，模板劑與濃氨水的摩爾比為1：565.03，快速攪拌1min，之后加入硅源正硅酸乙酯，模板劑與硅源的摩爾比為1：0.38，室溫下快速攪拌2h。反應(yīng)完成后將懸濁液離心分離，蒸餾水洗滌多次，得到無序介孔結(jié)構(gòu)的介孔氧化硅材料，孔徑為7.9nm、孔容為0.87m³/g、比表面積為449m²/g、粒徑為98nm。

實(shí)施例7：

以摩爾比為1：364.65將沒食子酸在室溫下溶于無水乙醇中，加入濃氨水(濃度為26％)，模板劑與濃氨水的摩爾比為1：565.03，快速攪拌1min，之后加入正硅酸乙酯，模板劑與硅源的摩爾比為1：0.76，室溫下快速攪拌2h。反應(yīng)完成后將懸濁液離心分離，蒸餾水洗滌多次，得到無序介孔結(jié)構(gòu)的介孔氧化硅材料，孔徑為4.9nm、孔容為0.53m³/g、比表面積為618m²/g、粒徑為103nm。

實(shí)施例1、6、7的數(shù)據(jù)體現(xiàn)出隨著硅源正硅酸乙酯用量增加，孔徑變小、孔容減小、比表面積增大效果。

實(shí)施例8：

以摩爾比為1：364.65將沒食子酸在室溫下溶于無水乙醇中，加入濃氨水(濃度為26％)，模板劑與濃氨水的摩爾比為1：565.03，快速攪拌1min，之后加入硅源正硅酸乙酯，模板劑與硅源的摩爾比為1：0.57，室溫下快速攪拌1h。反應(yīng)完成后將懸濁液離心分離，蒸餾水洗滌多次，得到無序介孔結(jié)構(gòu)的介孔氧化硅材料，孔徑為8.3nm、孔容為0.86m³/g、比表面積為451m²/g、粒徑為109nm。

實(shí)施例9：

以摩爾比為1：364.65將沒食子酸在室溫下溶于無水乙醇中，加入濃氨水(濃度為26％)，模板劑與濃氨水的摩爾比為1：565.03，快速攪拌1min，之后加入硅源正硅酸乙酯，模板劑與硅源的摩爾比為1：0.57，室溫下快速攪拌3h。反應(yīng)完成后將懸濁液離心分離，蒸餾水洗滌多次，得到無序介孔結(jié)構(gòu)的介孔氧化硅材料，孔徑為5.2nm、孔容為0.61m³/g、比表面積為710m²/g、粒徑為113nm。

實(shí)施例1、8、9的數(shù)據(jù)體現(xiàn)出隨著反應(yīng)時(shí)間延遲，孔徑變小、孔容減小、比表面積增大的效果。

實(shí)施例10：

以摩爾比為1：350.06將沒食子酸在室溫下溶于無水乙醇中，加入濃氨水，模板劑與濃氨水(濃度為25％)的摩爾比為1：542.43，快速攪拌1min，之后加入硅源正硅酸甲酯，模板劑與硅源的摩爾比為1：0.46，室溫下快速攪拌2h。反應(yīng)完成后將懸濁液離心分離，蒸餾水洗滌多次，得到無序介孔結(jié)構(gòu)的介孔氧化硅材料，孔徑為6.1nm、孔容為0.69m³/g、比表面積為529m²/g、粒徑為119nm。

實(shí)施例11：

以摩爾比為1：388.96將沒食子酸在室溫下溶于無水乙醇中，加入濃氨水(濃度為27％)，模板劑與濃氨水的摩爾比為1：602.70，快速攪拌1min，之后加入硅源正硅酸乙酯，模板劑與硅源的摩爾比為1：0.51，室溫下快速攪拌2h。反應(yīng)完成后將懸濁液離心分離，蒸餾水洗滌多次，得到無序介孔結(jié)構(gòu)的介孔氧化硅材料，孔徑為7.1nm、孔容為0.82m³/g、比表面積為387m²/g、粒徑為123nm。

實(shí)施例12：

以摩爾比為1：291.72將沒食子酸在室溫下溶于無水乙醇中，加入濃氨水(濃度為28％)，模板劑與濃氨水的摩爾比為1：620.70，快速攪拌1min，之后加入硅源正硅酸甲酯，模板劑與硅源的摩爾比為1：0.68，室溫下快速攪拌2h。反應(yīng)完成后將懸濁液離心分離，蒸餾水洗滌多次，得到無序介孔結(jié)構(gòu)的介孔氧化硅材料，孔徑為5.5nm、孔容為0.72m³/g、比表面積為645m²/g、粒徑為89nm。

實(shí)施例13：

以摩爾比為1：318.24將沒食子酸在室溫下溶于無水乙醇中，加入濃氨水(濃度為26％)，模板劑與濃氨水的摩爾比為1：575.30，快速攪拌1min，之后加入硅源正硅酸甲酯，模板劑與硅源的摩爾比為1：0.69，室溫下快速攪拌2h。反應(yīng)完成后將懸濁液離心分離，蒸餾水洗滌多次，得到無序介孔結(jié)構(gòu)的介孔氧化硅材料，孔徑為4.8nm、孔容為0.48m³/g、比表面積為617m²/g、粒徑為93nm。

鑒于本發(fā)明方案實(shí)施例眾多，各實(shí)施例實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)龐大眾多，不適合于此處逐一列舉說明，但是各實(shí)施例所需要驗(yàn)證的內(nèi)容和得到的最終結(jié)論均接近，采用沒食子酸為模板劑合成介孔氧化硅材料，沒食子酸可通過水洗去除，無需煅燒，制成的氧化硅材料為無序介孔結(jié)構(gòu)，孔徑為3～10nm、孔容為0.4～1.0m³/g、比表面積為350～750m²/g、粒徑為50～150nm。故而此處不對各個(gè)實(shí)施例的驗(yàn)證內(nèi)容進(jìn)行逐一說明，僅以實(shí)施例1-13作為代表說明本發(fā)明申請優(yōu)異之處。

本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實(shí)施例做各種修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。

盡管對本發(fā)明已作出了詳細(xì)的說明并引證了一些具體實(shí)施例，但是對本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員來說，只要不離開本發(fā)明的精神和范圍可作各種變化或修正是顯然的。