简述介孔材料及其应用-王丽萍
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电化学法制备介孔材料及其应用研究随着科技的发展,人们对材料需求的不断提高,特别是在催化、吸附、分离等领域,对介孔材料的需求越来越大。
因此,制备介孔材料成为当今材料领域的研究热点之一。
电化学法因其简单、环保、可控性强等优点而受到广泛关注,已经成为一种常用的制备介孔材料的方法之一。
一、电化学法制备介孔材料的基本原理电化学法制备介孔材料一般是通过将电解液中的物质经过施加电场作用形成凝胶,然后通过一系列后处理,即脱模、煅烧等工艺制备出介孔材料。
其中,模板法是常见的一种方法,它利用某些化合物的特殊形状作为模板,通过在其表面沉积介孔材料,然后将模板去除,制备出具有特殊孔径和分布的介孔材料。
电化学法可以在模板表面沉积活性材料,制备出兼具特殊形状和介孔性质的复合材料,具有广泛的应用前景。
另外,该方法还可通过微乳液、热可逆性胶体、阴离子表面活性剂等作为模板,形成介孔材料。
二、电化学法制备介孔材料的优点和不足电化学法制备介孔材料相比于其他方法有以下优点:1、制备过程环保,不需要有机溶剂等有害物质;2、制备条件易于控制,孔径、孔体积等性质可以精确调控;3、适用范围广,可制备各种形态的介孔材料。
但是电化学法制备介孔材料也存在着以下不足:1、制备周期长,需要复杂的工序;2、电极材料对制备介孔材料的性质起到重要影响,需要对电极材料进行充分的研究;3、电化学法仅适用于某些特定的模板材料和条件,无法涵盖所有类型的介孔材料。
三、电化学法制备介孔材料的应用研究电化学法制备的介孔材料具有广泛的应用前景。
例如,可应用于催化、气体分离、吸附、传感等领域。
其中,催化是介孔材料的主要应用方向之一。
多孔介质中的小孔可增加催化剂的比面积,提高其催化活性。
因此介孔材料在催化反应中表现出良好的催化性能,具有许多重要的应用价值。
除此之外,介孔材料还可将之应用于药物缓释、基因传递等领域。
总之,电化学法制备介孔材料是一种颇具优势的制备介孔材料的方法。
虽然存在一些缺陷,但电化学法制备介孔材料在催化、分离、吸附等领域具有广泛的应用前景。
介孔二氧化硅简介介孔二氧化硅是一种具有特殊结构的材料,具有大量的微孔和介孔结构。
它在吸附、催化、分离等领域具有广泛的应用。
本文将对介孔二氧化硅的制备方法、性质以及应用进行详细介绍。
制备方法模板法模板法是制备介孔二氧化硅最常用的方法之一。
通过选择合适的模板剂,可以控制所得材料的孔径和孔壁厚度。
常用的模板剂包括阴离子型表面活性剂(如十六烷基三甲基溴化铵)和聚合物(如聚苯乙烯)等。
制备步骤如下:1.将模板剂与硅源(如正硅酸乙酯)混合。
2.在适当条件下,进行水解缩聚反应,形成胶体。
3.将胶体进行热处理或冷冻干燥,去除模板剂。
4.得到介孔二氧化硅。
溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是另一种常用的制备介孔二氧化硅的方法。
该方法通过溶解硅源(如正硅酸乙酯)在溶剂中,形成胶体,然后通过凝胶化和热处理得到介孔二氧化硅。
制备步骤如下:1.将硅源与溶剂混合。
2.在适当条件下,形成胶体。
3.将胶体进行凝胶化处理。
4.进行热处理,得到介孔二氧化硅。
性质孔径和比表面积介孔二氧化硅具有丰富的微孔和介孔结构。
其孔径通常在2-50纳米之间,比表面积可以达到几百平方米/克以上。
这种特殊的结构赋予了介孔二氧化硅优异的吸附性能和催化活性。
热稳定性介孔二氧化硅具有较好的热稳定性,在高温下仍能保持其结构和性质不变。
这使得它在高温催化反应中具有广泛的应用前景。
表面修饰由于介孔二氧化硅表面含有丰富的羟基(Si-OH)官能团,可以通过表面修饰来改变其物化性质。
常用的表面修饰方法包括硅烷偶联剂修饰、金属离子掺杂等。
应用吸附材料由于介孔二氧化硅具有大量的微孔和介孔结构,具有较大的比表面积和吸附容量,因此在吸附材料方面具有广泛应用。
它可以用于废水处理、气体分离、催化剂载体等领域。
催化剂介孔二氧化硅作为催化剂载体具有优异的性能。
通过调控其孔径和孔壁厚度,可以控制催化反应的活性和选择性。
此外,介孔二氧化硅还可以通过掺杂金属离子或负载金属纳米颗粒来提高催化活性。
药物缓释系统由于介孔二氧化硅具有较大的比表面积和可调控的孔径结构,可以作为药物缓释系统的载体。
介孔碳CMK3简介介孔碳CMK3是一种材料,在科学研究和工程应用中具有广泛的用途和潜力。
它具有独特的孔隙结构和表面化学性质,适用于吸附、分离、催化和能源等领域。
本文将详细介绍介孔碳CMK3的制备方法、物理化学特性以及其在不同领域的应用。
制备方法介孔碳CMK3是通过模板法制备的。
首先,选择一种合适的模板材料,如介孔二氧化硅或介孔硅胶。
然后,将模板材料与适量的碳源混合,并加入一定量的催化剂。
混合均匀后,将样品放入高温炉中,在惰性气氛(如氩气)下进行炭化反应。
经过一定时间的高温处理,模板材料会被炭化,形成介孔碳CMK3。
最后,通过酸洗或其他方法去除模板材料,得到纯净的介孔碳CMK3。
物理化学特性介孔碳CMK3具有特殊的孔隙结构和表面化学性质。
其孔径分布在2-10纳米之间,具有中等孔径和中等孔体积。
介孔碳CMK3具有较高的比表面积,可达到500-1000平方米/克。
此外,介孔碳CMK3还具有优异的化学稳定性、热稳定性和机械强度。
应用领域1. 吸附材料介孔碳CMK3具有大量的孔隙和高比表面积,因此在吸附材料领域具有广泛的应用。
它可以作为吸附剂用于水处理、空气净化、废气处理等环保领域。
此外,介孔碳CMK3还可以用于吸附有机物、金属离子等。
2. 分离膜介孔碳CMK3在分离膜领域也展现出了巨大的应用潜力。
由于其特殊的孔隙结构和较高的渗透性,介孔碳CMK3可以用于气体分离、液体分离、离子选择性透过等。
例如,将介孔碳CMK3作为超级电容器电极材料,可以实现高效的能量存储和释放。
3. 催化剂载体介孔碳CMK3还可作为催化剂载体,用于催化反应。
其高比表面积和孔隙结构有利于催化剂的分散和反应物的扩散,提高催化反应的效率和选择性。
例如,将过渡金属纳米颗粒负载在介孔碳CMK3上,可用于催化氧化反应、催化还原反应等。
4. 能源存储介孔碳CMK3在能源存储领域也有广泛的应用。
其孔隙结构和电导性使其成为理想的电容器和电池材料。
介孔碳CMK3用作锂离子电池负极材料,具有高容量、长寿命和快速充放电性能。
介孔材料在吸附与分离中的应用研究随着工业化、城市化的迅猛发展以及生活方式的改变,环境污染日益增加,大量污染物被排放到大气、水体和土壤中,对人类的健康和自然环境造成了巨大的威胁。
为了保护环境,需要采取有效的措施来减少排放和清除已经存在的污染物。
吸附与分离是一种非常有效的治理手段,而介孔材料在吸附与分离中逐渐显示出了它的优势。
什么是介孔材料?介孔材料是一种特殊型的纳米材料,具有大量的孔道和高比表面积。
由于孔径在2-50纳米之间,介孔材料既具有与大孔径材料相同的易取得性和好分散性,又拥有高活性和高选择性,这使得它广泛应用于吸附和分离技术中。
介孔材料的制备方法比较多样化,目前广泛应用的有溶胶-凝胶法、硅氧烷模板法、软模板法等。
介孔材料在吸附中的应用环境中存在的许多有毒有害化合物可通过吸附的方式进行清除,介孔材料由于大量的孔道和高比表面积,成为了吸附的有效载体之一。
根据不同的吸附机理和吸附材料的不同,可分为物理吸附和化学吸附两类。
物理吸附:介孔材料在吸附一些小分子物质,如乙烯、氮气、氧气等方面已经得到广泛的研究。
物理吸附的特点是易于大规模生产,成本低廉,但对大分子化合物的选择性较差,有些情况下甚至会出现与其他无关物质的吸附。
化学吸附:介孔材料在吸附一些大分子物质,如蛋白质、多酚类化合物、药物等方面,常常需要采用化学吸附的方式。
化学吸附需要进行化学修饰,将化合物引入介孔材料的孔道中,形成稳定的化合物-介孔材料复合物,从而改善吸附性能。
介孔材料在分离中的应用介孔材料除了在吸附中的应用外,在分离技术中也有较广泛的应用。
介孔材料可以通过电渗析、透析、前列腺素分子筛、分子印迹等技术进行分离。
电渗析:电渗析是指在电场作用下,利用离子透过半透膜的特性,将离子从混合物中分离出来的一种分离方法。
介孔材料作为支撑材料,可以帮助半透膜保持稳定性。
此外,由于介孔材料的高比表面积和孔道结构,介孔材料也可以用于电渗析过程中的吸附和分离。
介孔材料简介摘要:介孔材料作为一种新兴的材料在光化学、催化及分离等领域具有十分重要的应用,是当今研究的热点之。
本文阐述了介孔材料的研究进展,概述了介孔材料的分类及合成机理,并展望了介孔材料的应用前景,并简要介绍了孔径调节以及改性方法。
关键词:介孔材料,模板法,溶胶-凝胶法,合成机理,孔径调节Research development of mesoporous materials Abstract:Mesoporousmaterial is of much use in the fields of photochemistry, catalyst and separationetc, and it is one of hot spots of research. The research p rogress of the mesoporous materials is reviewed in this paper. And the classification and synthesis mechanism of the mesoporousmaterials are also outlined. The potential application foreground of the mesoporousmaterial is discussed as well.And briefly describes the aperture adjustment and modification methods.Key words:mesoporousmaterials; template method; sol - gel methods synthesis mechanism ;aperture adjustment1 前言人类社会的进步与材料科学的发展密切相关[ 1, 2 ],尤其是近几十年中,出现了许多具有特殊功能的新材料,其中介孔材料就是一种。
介孔材料 elisa介孔材料(mesoporous materials)是一类具有高度有序孔道结构的材料,具有广泛的应用前景。
其中,以介孔二氧化硅(mesoporous silica)为代表的介孔材料在生物医药领域中的应用日益广泛,尤其是在酶联免疫吸附测定(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)中发挥着重要作用。
ELISA是一种常用的免疫检测技术,广泛应用于生物医药、食品安全、环境监测等领域。
它通过检测目标物与特异性抗体之间的特异性结合反应,来定量或半定量检测目标物的存在量。
在ELISA中,介孔材料被广泛应用于载体、固相和信号放大等方面,为ELISA的灵敏度、选择性和稳定性提供了很大的提升。
介孔材料可以作为载体在ELISA中发挥重要作用。
由于介孔材料具有高度有序的孔道结构和较大的比表面积,能够提供大量的结合位点,因此可以将大量的抗原或抗体固定在其表面上,从而增加免疫反应的效率和灵敏度。
此外,介孔材料还具有良好的化学稳定性和生物相容性,能够保持抗原和抗体的稳定性,并且不会对样品中其他成分产生干扰,从而提高了ELISA的特异性。
介孔材料在ELISA的固相中也发挥着重要作用。
固相是ELISA中用来捕获目标物和特异性结合的抗体的载体,其稳定性和选择性对于ELISA的准确性和灵敏度至关重要。
介孔材料的孔道结构可以提供大量的固定位点,并且可以通过调控孔径和孔道表面的化学性质来实现对固相性能的调控。
这使得介孔材料在固相中具有良好的稳定性和选择性,能够有效地捕获目标物和抗体,并且能够快速释放反应产物,从而提高ELISA的检测灵敏度和准确性。
介孔材料还可以作为ELISA中的信号放大器来增强检测信号。
在ELISA中,通常需要使用荧光标记的二抗或酶标记的二抗来与目标物结合,并通过荧光或酶反应来产生检测信号。
介孔材料具有较大的比表面积和丰富的固定位点,可以有效地固定荧光标记的二抗或酶标记的二抗,并增强其信号放大效应。
功能介孔材料化妆品领域的应用全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:功能介孔材料在化妆品领域的应用功能介孔材料是一种具有特殊孔道结构的材料,能够在其体内形成微米级的孔道,具有高比表面积和大孔容量的特点。
这种材料在化妆品领域的应用主要体现在以下几个方面:一、载体功能二、改善质感功能介孔材料具有优异的吸附能力和吸湿性,可以有效吸收化妆品中的水分和油脂,降低其表面光泽度,改善其质感。
功能介孔材料的微米级孔道可以形成一种微细的过滤网,能够有效遮蔽化妆品中的颗粒物和色素,使其表面更加光滑,提高化妆品的触感和光泽度。
三、控释功能由于功能介孔材料能够在其内部形成微米级的孔道,具有较高的比表面积和大孔容量,因此可以实现对化妆品中的活性成分进行控释。
通过合理设计功能介孔材料的孔道结构和孔道大小,可以控制活性成分的释放速度和释放量,使化妆品的效果更加持久和稳定,提高产品的使用价值。
四、保护作用功能介孔材料在化妆品领域的应用具有广阔的市场前景和发展空间。
随着科技的不断进步和人们对美的追求,功能介孔材料将在化妆品领域发挥越来越重要的作用,为消费者带来更加安全、有效和舒适的化妆品产品。
相信随着时间的推移,功能介孔材料的应用范围会越来越广泛,为化妆品行业的发展带来新的活力和机遇。
第二篇示例:功能介孔材料是一种新型的材料,具有特定的孔隙结构和大表面积,能够在其中嵌入不同的活性物质,并释放出来。
由于其独特的性质,功能介孔材料在化妆品领域得到了广泛的应用。
本文将详细介绍功能介孔材料在化妆品领域的应用及其优势。
功能介孔材料可以用作化妆品的载体,可以将不同功能的活性成分嵌入通过孔隙结构的控制来调控释放速度,从而实现持续、缓释的效果。
将抗氧化剂、保湿剂、美白成分等嵌入功能介孔材料中,可以延长其在皮肤上的作用时间,提高其稳定性和效果。
功能介孔材料还可以用来提高化妆品的光学效果。
通过控制孔隙结构的大小和分布,可以调节其对光线的反射、折射和散射,达到提亮、遮瑕、修饰皮肤等效果。
二氧化硅介孔材料
二氧化硅介孔材料是一种具有介孔结构的材料,其中二氧化硅是主要成分。
介孔材料是一种孔径介于微孔与大孔之间的新型材料,小于2nm的为微孔(microporous)材料,介于2-50nm的为介孔(mesoporous)材料,大于50nm的为大孔(macroporous)材料。
二氧化硅介孔材料具有高孔容、高比表面积和良好孔径分布特性,以及优异的耐高温、耐腐蚀、高稳定性等性能。
这种材料在催化剂、吸附剂、分子筛等领域有广泛的应用。
制备二氧化硅介孔材料的方法包括表面化学修饰改性方法及后嫁接法。
表面化学修饰主要利用偶联剂进行改性,通过含有机官能团的偶联剂与介孔二氧化硅材料作用,将功能官能团以共价键方式嫁接到介孔材料孔壁上,实现介孔二氧化硅材料的功能化。
然而,制备条件是酸性或碱性,许多偶联剂在这种条件下极不稳定,容易分解或变性。
同时,引入的官能团量过大也将破坏材料介孔结构的形成。
后嫁接法是先制备介孔二氧化硅材料,再将偶联剂加入到已制备的介孔二氧化硅材料中,在有机溶剂中回流。
介孔二氧化硅是一种具有独特孔道结构的新型材料,其孔径在2-50纳米之间,具有较高的比表面积和良好的吸附性能。
下面从制备方法、性质、应用和前景等方面进行介绍。
一、制备方法介孔二氧化硅的制备方法主要有两种:软模板法和硬模板法。
软模板法是利用表面活性剂作为模板,通过溶胶-凝胶法制备出介孔二氧化硅。
硬模板法则是利用具有介孔结构的硬模板(如分子筛)作为模板,通过浸渍、涂布等方法将硅源引入模板中,再经过热处理等步骤制备出介孔二氧化硅。
二、性质介孔二氧化硅具有较高的比表面积和良好的吸附性能,其孔道结构可以调控制备,孔径大小和分布可以通过合成条件进行调控。
此外,介孔二氧化硅还具有良好的热稳定性和化学稳定性,可以在多种环境下使用。
三、应用介孔二氧化硅在多个领域都有广泛的应用,如催化剂载体、吸附剂、药物载体等。
在催化剂领域,介孔二氧化硅可以作为载体材料,提高催化剂的活性和稳定性。
在吸附剂领域,介孔二氧化硅可以用于吸附气体和液体中的有害物质,如甲醛、重金属离子等。
在药物载体领域,介孔二氧化硅可以作为药物载体,通过控制药物释放速度和靶向作用,提高药物的治疗效果和降低副作用。
四、前景介孔二氧化硅作为一种新型材料,具有广泛的应用前景。
未来随着制备技术的不断提高和新材料的发展,介孔二氧化硅将会在更多领域得到应用。
例如,在能源领域,介孔二氧化硅可以作为电池的电极材料,提高电池的能量密度和充放电效率;在生物医学领域,介孔二氧化硅可以作为生物材料的表面涂层,提高材料的生物相容性和抗腐蚀性。
总之,介孔二氧化硅作为一种具有独特孔道结构的新型材料,具有广泛的应用前景。
未来随着制备技术的不断提高和新材料的发展,介孔二氧化硅将会在更多领域得到应用。
简述介孔材料及其应用王丽萍专业:化学学号:2012110639摘 要:本文综述简要介绍了介孔材料的发展历程、特点、合成原理以及方法。
并阐述了介孔材料在选择性催化、生物医药、新能源材料等领域的应用。
又进而详细介绍了几种重要的介孔材料,并且对其特点、合成机理等进行了描述。
关键词 介孔材料 应用 SBA-15 PMOs前言介孔材料的比表面积大,结构长程有序,孔径分布狭窄并且连续可调,孔隙率高等特点,使得介孔材料可以轻易完成吸附、分离的工作,这是许多微孔沸石分子筛难以实现的。
此外,介孔材料表面丰富的硅醇键使之非常适合成为主体材料进行金属、金属氧化物和金属有机化合物等客体材料在孔道内的组装,从而形成主客体介孔材料。
其独有的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应使之在诸多领域如催化、吸附、环保、光电、化学固定及酶分离等研究上取得了很大的进展。
一、介孔材料简介按国际纯粹和应用化学协会(IUPAC)的定义,孔径小于2纳米的多孔材料称为微孔材料,孔径大于50纳米的多孔材料为宏孔材料,而孔径介于微孔与宏孔之间的多孔材料则称为介孔材料。
关于介孔材料的分类有两种方式,按照化学组成分类,可分为硅基和非硅基组成介孔材料两大类。
按照介孔是否有序分类,可分为无序介孔材料和有序介孔材料。
二、介孔材料的发展1992 年Mobil 公司的科学家们第一次报道了使用烷基季铵盐阳离子表面活性剂为模板,在水热条件下于碱性介质中通过-+I S 作用组装得到,最后溶剂萃取回收模板剂且成功合成M41S 系列介孔材料,此类材料具有较大的比表面积、孔道规则并且在纳米尺度内有序排列、具有无定形的孔壁原子尺度的孔壁中原子呈无序排列,从此标志着介孔材料的出现。
1995年Pinnavaia 等人以长链烷基伯胺为模板剂在室温中性条件下合成出了介孔全硅分子筛HMS 系列,其具有六方结构但长程有序度不是很好,由于是在中性条件下合成的,有机模板剂和无机前驱体都不带电荷,相互之间的排斥力减小,能形成更厚的孔壁,水热稳定性较高。
[1]为了提高介孔材料的有序性,Pinnavaia 等人又利用非离子型表面活性剂与中性低聚硅前驱体自组装合成了MSU 系列。
该系列具有三维的立体交叉排列的蠕虫状孔道结构,十分有利于客体分子在其内部扩散从而消除了扩散限制。
结构见图1。
图1 MSU 硅基介孔分子筛结构[1]1998年,Zhao 等采用三嵌段共聚物作为有机结构导向剂(模板剂)首次得到介孔分子筛SBA 系列介孔材料,它包括SBA 3(二维六方结构)、SBA 一15(二维六方结构)、SBA-16(立方结构)等多种不同结构的物质。
SBA 系列具有较大的比表面积和水热稳定性,且孔道可控制,是介孔材料合成的一个里程碑。
2000年,zhao 等[2]又合成了FDU 系列介孔材料,其中FDU-1是采用三嵌段聚合物394739EO BO EO 为模板剂,并且可以通过改变温度和时间调节孔径的尺寸,其孔道结构为六方和六方相共生。
Anton Petushkov 等合成了一种可控制孔径大小的分等级的纳米晶体ZSM-5分子筛。
由此可见,随着不断地发展,介孔材料由新型的物质已经逐步被人们所接受并加改进,到目前为止,已经可以在可以在不同的条件下合成具有周期性孔道结构的介孔材料,合成介质的pH 值从强酸性到高碱性非常宽的范围内可以进行调变,合成温度也可以从低于室温到150°C 左右进行调变,表面活性剂可以选择阳离子、阴离子、中性、多电荷、多烷基链表面活性剂,也可以选择一些易得的高分子聚合物。
非硅体系有序介孔材料的研究起步较晚,首次报道稳定相有序介孔过渡金属氧化物的合成仅仅开始于1995年。
其应用研究还处于刚刚起步阶段,报道较少。
三、介孔材料的合成方法及机理1.合成方法制备介孔材料的方法大致有溶胶- 凝胶法、水热合成法、微波合成法、相转变法和沉淀法等. 但目前应用最多的是溶胶- 凝胶法和水热合成法。
1.1溶胶-凝胶法以不同类型的模板剂(如表面活性剂)所形成的超分子自聚体为模板,通过溶胶-凝胶过程,在无机物与有机物之间的界面定向引导作用下自组装成介孔材料根据模板不同可分为:表面活性剂模板、嵌段共聚物模板和有机小分子模板等1.2水热合成法将一定量的表面活性剂、酸或碱加入到水中组成混合溶液,再向其中加入无机源形成水凝胶,然后在高压釜中升高至一定温度,通过自生压力晶化处理,再经过滤、洗涤、干燥、煅烧或萃取以除去模板剂,最后到类似液晶结构的无机多孔骨架。
1.3微波辐射合成法这是指在电磁场作用下,通过偶极子极化使体系中的极性分子急剧扭转、摩擦产生热量来实现,此法具有内外加热、升温速度快、高效节能、环保卫生等优点。
[3]2.合成机理介孔材料的合成机理主要归结于在合成过程中表面活性剂的模板效应,如液晶模板机理、协同作用机理、棒状自组装模型、电荷匹配机理、层状折皱模型和使用非离子表面活性剂合成介孔材料等效应。
目前主要以液晶模板机理和协同作用机理为主。
如图22.1液晶模板机理该理论认为表面活性剂浓度一定时,会由胶团自发形成高级有序结构,即不同类型的溶致液晶相当表面活性剂与无机反应体系混合时,表面活性剂在溶液中自动形成有序排列的超分子液晶模板,其分子通过与无机物分子间作用力的诱导(目前认为作用力主要为静电作用或氢键作用) ,使无机反应物中间物在反应过程中沿液晶模板定向排列,形成有序结构。
2.2协同作用机理该理论也是以表面活性剂生成的液晶作为形成六方相结构的模板剂,但是表面活性剂的液晶相是在加入无机反应物之后形成的,无机离子的加入,与表面活性剂相互作用,按照自组装方式排列成六方有序的液晶结构。
[4]图2 液晶模板机理和协同作用机理[5]四、介孔材料的应用领域1.吸附分离领域硅基介孔材料在分离和吸附领域有着独特的应用,它对氮气、挥发性烃和重金属离子有着较高的吸附能力,无需特殊的吸附剂活化装置就可以回收各种挥发性有机污染物和Pb,cd 等重金属离子。
2.催化领域介孔分子筛具有较大的比表面积,存在着孔径相对大,孔道规整的介孔结构,可以处理较大的分子或基团,是很好的择形催化剂。
3.生物和医药领域有序硅基介孔材料的孔径可在2_50 nm内连续调节和无生理毒性的特点使其非常适用于酶、蛋白质等的固定和分离。
4.新材料加工及合成领域介孔分子筛独特的双重孔道结构以及分布狭长的有序介孔孔道使其成为一种合成新材料的优异模板材料。
这其中最典型的代表就是介孔碳材料。
利用介孔氧化硅作为模板合成多孔碳材料,不仅是介孔氧化硅材料的一个新的应用,也为制造有序的多孔碳材料提供了一个有效的方法。
另外,硅基介孔材料具有丰富的表面化学活性,利用其有序孔道作为“微反应器”,在其中组装具有纳米尺度、均匀的“客体”材料,通过与介孔主体的相互作用而产生的主。
客体效应,拓宽它们的应用领域。
[6]五、几种重要介孔材料的介绍1.SBA-151.1结构介孔分子筛SBA-15的结构是二维六方结构(P6mm),在此类结构中,介孔孔道是相互平行的,横截面呈六方排列,对应的晶体学空间群为二维六方。
主要材料有MCM-41、酸性体系中合成的SBA-3和使用嵌段共聚物合成的SBA-15(研究表明,SBA-15骨架上还具有相当数量的无序微孔,这与前两种介孔材料结构有一定区别)。
如图3图3 SBA-15介孔材料结构图1.2合成机理介孔分子筛SBA-15典型的合成过程是:在35-40℃的条件下,将三嵌段表面活性剂P123溶于适量去离子水,向其中加入正硅酸乙脂(TEOS)、盐酸(HCl),持续剧烈地搅拌24h以上,装入乙烯瓶内晶化24h以上,过滤、洗涤并干燥,最后在550℃煅烧5h以上除去模板剂或者用溶剂回流洗去模板剂,然后过滤、洗涤并干燥,得到的白色粉末即为SBA-15。
实验所用各原料的摩尔比约为1TEOS:0.017P123:5.88HCl:136H2O。
[7]介孔分子筛SBA-15的合成符合中性模板机理(S0I):用中性表面活性剂P123(S0),和中性无机硅物种(I0)通过氢键键合,不存在强的静电作用,并随硅烷醇的进一步水解、缩合导致短程六边形胶粒的堆积和骨架的形成。
SBA-15的合成条件温和,表面活性剂易除去,且不易引起结构坍塌;中性表面活性剂与中性无机前驱体间的排斥力比离子表面活性剂与带电荷的无机前驱体间的排斥力小得多,能够形成较厚的孔壁,进而提高了分子筛骨架结构的热及水热稳定性。
1.3应用介孔分子筛SBA-15比表面大,均一的孔道直径分布,孔径可调变,壁厚且水热稳定性很高,所以SBA-15在催化、分离、生物及纳米材料等领域有广泛的应用前景。
SBA-15大的孔径有利于反应物在孔道内的运输,有利于反应的进一步进行,随着反应物引入量的提高,具有一维结构的各种材料的纳米线相继在孔道中合成。
Yang等在SBA-15一维有序的管道内高温分解AgNO3,制得直径为5-6nm的Ag纳米线。
采用类似方法,Stucky 利用SBA-15合成了Pt,Ag和Au的纳米线。
固定和分离蛋白质的传统方法是溶胶-凝胶法,它主要是利用溶胶-凝胶的分子筛性质,由于这种方法所得的材料的孔径不均一,造成对蛋白质的分离效果不佳。
而介孔材料在孔径分布上有其独特的优越性,因此将在蛋白质分离上有其潜在的应用价值。
Stucky等首先利用经过氨基化的不同孔径的介孔分子筛SBA-15(孔径为5.9nm) 及MCF(孔径为16nm),通过调节溶液的离子强度,达到对不同大小的蛋白质的分离。
另外,在柱层析和高效液相色谱分析中很重要的一个因素是填柱材料。
由于介孔分子筛材料孔径可调,表面可官能团化为疏水或亲水环境,且比较容易制备为较理想的球形材料,因此可以作为较理想的色谱填柱材料。
赵东元等利用C18修饰过的介孔SBA-15材料作为色谱填柱材料,分别实现了对不同大小的生物分子(包括多肽和蛋白质)的色谱分离。
另外,介孔分子筛SBA-15可以结合酶底物化学、抗体注FL原化学等,通过测定电流或电位,构成不同的生物传感器,以及在生物芯片、药物的包埋和控释等方面有重要的应用前景。
传统的沸石类分子筛由于其孔径太小难以满足一些反应的需要,因此迫切需要具有较大孔径的分子筛催化材料。
这就要求采用介孔分子筛来作为新的催化剂材料或催化剂载体,利用其较大的孔径增加扩散速度。
因此,研究和开发介孔分子筛材料已成为当代分子筛和催化领域的研究热点。
通过元素取代等方法对介孔材料进行表面改性,不仅可以提高介孔材料的水热稳定性,还可以通过改变表面修饰的组分来设计和改造介孔材料,合成新型的催化剂材料。
张雪峥,乐英红,高滋将-Fe2O3负载SBA-15作为催化剂,研究了负载量、预还原温度和反应温度对乙酸选择加氢制乙醛反应的活性和选择性的影响,结果表明负载催化剂上乙醛的产率要比纯-Fe2O3催化剂高。