介孔二氧化硅KIT-6介观单晶微球的合成

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2022-0035

摘要/Abstract

摘要：

以非离子表面活性剂［聚环氧乙烷（PEO）-聚环氧丙烷（PPO）-聚环氧乙烷三嵌段共聚物，P123］和阳离子聚电解质（聚二甲基二烯丙基氯化铵，PAC）形成的复合物胶束为模板，合成了具有球形形貌的介孔二氧化硅KIT-6介观单晶微球。通过扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、氮气物理吸附和热重分析（TGA）等手段对合成材料的形貌及孔结构进行了表征分析。结果表明，以有机复合物胶束为模板合成出的介孔KIT-6二氧化硅材料具有较规整的球形形貌，颗粒直径为2~3 μm，具有较大的比表面积和孔体积（747 m²/g和1.3 cm³/g），介孔孔径为8.5 nm，且在整个颗粒内部介孔保持高度的有序排列。由于长链聚电解质PAC与硅源有着较强相互作用，样品可以在较高水热温度下（160 ℃）合成，有利于提升介观结构的稳定性。该合成方法对于介孔二氧化硅KIT-6单晶微球的合成及其在催化及吸附分离等领域的应用具有一定的启发意义。

关键词: 介孔二氧化硅, KIT-6, 有序介孔, 非离子表面活性剂, 阳离子聚电解质

Abstract:

Single-crystalline mesoporous silica KIT-6 microspheres were synthesized using complex micelles formed by nonionic surfactant（polyethylene oxide（PEO）-polypropylene oxide （PPO）-polyethylene oxide，P123） and cationic polyelectrolyte（poly dimethyldiallyl ammonium chloride，PAC） as templates.The morphology and pore structure of the synthesized materials were characterized by scanning electron microscope（SEM），transmission electron microscope（TEM），X-ray diffraction（XRD），nitrogen physical adsorption and thermogravimetric analysis（TGA）.The results showed that the mesoporous KIT-6 silica material synthesized with the organic complex micelles as templates had regular spherical morphology and particle diameter of 2~3 μm.It had a large specific surface area and pore volume（747 m²/g and 1.3 cm³/g） and the mesoporous pore size was 8.5 nm.Within the whole KIT-6 particle，the alignment of mesopores exhibited long-range order.Due to the strong interaction between long-chain polyelectrolyte PAC and the silicon source，the samples were synthesized at a relatively high hydrothermal temperature（160 ℃），which was helpful to improve the stability of the mesoscopic structure.This synthesis method had some enlightening significance for the synthesis of mesoporous silica KIT-6 single crystal microspheres and their applications in the fields of catalysis，adsorption and separation.

Key words: mesoporous silica, KIT-6, ordered mesopores, nonionic surfactant, cationic polyelectrolyte

中图分类号:

TQ127.2

洪美花,刘冠锋,宫毓鹏,李立青,陈铁红. 介孔二氧化硅KIT-6介观单晶微球的合成[J]. 无机盐工业, 2022, 54(7): 149-156.

HONG Meihua,LIU Guanfeng,GONG Yupeng,LI Liqing,CHEN Tiehong. Synthesis of mesoporous silica KIT-6 microspheres with single-crystalline mesostructure[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2022, 54(7): 149-156.

图/表 14

图1

图2

表1

图3

图4

图5

表2

图6

图7

图8

图9

图10

表3

图11

参考文献 19

1	YU Zhengfei， CHEN Xifeng， ZHANG Yibo，et al.Phosphotungstic acid and propylsulfonic acid bifunctionalized ordered mesoporous silica：A highly efficient and reusable catalysts for esterification of oleic acid［J］.Chemical Engineering Journal，2022，430.Doi：10 .
	1016/j.cej.2021.133059.
2	CHEN Chao， SUN Wen， WANG Xiaoli，et al.pH-responsive nanoreservoirs based on hyaluronic acid end-capped mesoporous silica nanoparticles for targeted drug delivery［J］.International Jo-
	urnal of Biological Macromolecules，2018，111：1106-1115.
3	TIAN Meng， LONG Yu， XU Dan，et al.Hollow mesoporous silica nanotubes modified with palladium nanoparticles for environmental catalytic applications［J］.Journal of Colloid and Interface Science，2018，521：132-140.
4	XU Chunli， CAO Lidong， ZHAO Pengyue，et al.Emulsion-based synchronous pesticide encapsulation and surface modification of mesoporous silica nanoparticles with carboxymethyl chitosan for controlled azoxystrobin release［J］.Chemical Engineering Journal，2018，348：244-254.
5	ZHAO Dongyuan， FENG Jianlin， HUO Qisheng，et al.Triblock copolymer syntheses of mesoporous silica with periodic 50 to 300 angstrom pores［J］.Science，1998，279（5350）：548-552.
6	邵艳秋，张宇婷，姜振双，等.水解剂氟化铵对Fe-SBA-15结构及催化性能的影响［J］.无机盐工业，2019，51（9）：97-101.
	SHAO Yanqiu， ZHANG Yuting， JIANG Zhenshuang，et al.Effects of hydrolysate NH₄F on structure and catalytic properties of Fe-SBA-15［J］.Inorganic Chemicals Industry，2019，51（9）：97-101.
7	KLEITZ F， CHOI S H， RYOO R.Cubic Ia3d large mesoporous silica：Synthesis and replication to platinum nanowires，carbon nanorods and carbon nanotubes［J］.Chemical Communications（Cambridge，England），2003（17）：2136-2137.
8	DING Chang， MA Yulei， LAI Xiaoyong，et al.Ordered large-pore mesoporous Cr₂O₃ with ultrathin framework for formaldehyde sensing［J］.ACS Applied Materials & Interfaces，2017，9（21）：18170-18177.
9	杨文建，孟广莹，李晓云，等.球形氧化铝的制备及其在丙烷脱氢催化剂中的应用［J］.无机盐工业，2020，52（6）：87-91.
	YANG Wenjian， MENG Guangying， LI Xiaoyun，et al.Preparation of spherical alumina and its application in PDH［J］.Inorganic Che-
	Industry micals，2020，52（6）：87-91.
10	郭举，贾双珠.类球形低硫磷酸铁的制备技术研究［J］.无机盐工业，2020，52（5）：31-34.
	GUO Ju， JIA Shuangzhu.Study of method for the preparation of spherical-like and low sulfur FePO₄ ［J］.Inorganic Chemicals Industry，2020，52（5）：31-34.
11	CHEN Qianru， HAN Lu， GAO Chuanbo，et al.Synthesis of monodispersed mesoporous silica spheres（MMSSs） with controlled par-
	ticle size using gemini surfactant［J］.Microporous and Mesoporous Materials，2010，128（1/2/3）：203-212.
12	SUNWOO Y， KARUNAKARAN G， CHO E B.Hollow mesoporous silica nanospheres using pentablock copolymer micelle templates［J］.Ceramics International，2021，47（10）：13351-13362.
13	HE Qianjun， SHI Jianlin， CUI Xiangzhi，et al.Rhodamine B-co-condensed spherical SBA-15 nanoparticles：Facile co-condensa-
	tion synthesis and excellent fluorescence features［J］.Journal of Materials Chemistry，2009，19（21）：3395-3403.
14	HIKOSAKA R， NAGATA F， TOMITA M，et al.Optimization of pore structure and particle morphology of mesoporous silica for antibody adsorption for use in affinity chromatography［J］.Applied Surface Science，2016，384：27-35.
15	JO C， KIM K， RYOO R.Syntheses of high quality KIT-6 and SBA-15 mesoporous silicas using low-cost water glass，through rapid quenching of silicate structure in acidic solution［J］.Microporous and Mesoporous Materials，2009，124（1/2/3）：45-51.
16	KIM T W， KLEITZ F， PAUL B，et al.MCM-48-like large mesoporous silicas with tailored pore structure：Facile synthesis domain in a ternary triblock copolymer-butanol-water system［J］.Journal of the American Chemical Society，2005，127（20）：7601-7610.
17	SHI Chengxiang， DU Guo， WANG Jingui，et al.Polyelectrolyte-surfactant mesomorphous complex templating：A versatile approach for hierarchically porous materials［J］.Langmuir：the ACS Journal of Surfaces and Colloids，2020，36（8）：1851-1863.
18	DENG Shaoxin， SHI Chengxiang， XU Xueyan，et al.Synergy between polyamine and anionic surfactant：A bioinspired approach for ordered mesoporous silica［J］.Langmuir，2014，30（9）：2329-2334.
19	LI Zheng， CHEN Dehong， TU Bo，et al.Synthesis and phase behaviors of bicontinuous cubic mesoporous silica from triblock copolymer mixed anionic surfactant［J］.Microporous and Mesoporous Materials，2007，105（1/2）：34-40.

样品	d₂₁₁/nm	a₀^a/nm	比表面积/（m²·g^-1）	孔体积/（cm³·g^-1）	介孔尺寸^b/nm
K-1	8.8	22.7	752	1.0	7.5
K-PAC	8.9	22.9	747	1.3	8.5

KIT-PAC-n	比表面积/ （m²·g^-1）	孔体积/ （cm³·g^-1）	介孔尺寸/ nm
KIT-PAC-0.1	816	1.3	8.6
KIT-PAC-0.3	760	1.2	8.4
KIT-PAC-0.5	747	1.3	8.5
KIT-PAC-0.7	694	0.9	8.5

样品	比表面积/（m²·g^-1）	孔体积/ （cm³·g^-1）	介孔尺寸/ nm
KIT-6-100	717	1.02	7.5
KIT-6-120	575	1.05	14.0
KIT-6-160	415	1.39	—
PAC-KIT-100	720	1.30	8.5
PAC-KIT-120	762	1.50	8.6
PAC-KIT-160	490	1.20	8.4

[1]	张哲,廖明宇,陈铭,喻珊珊,周康帝,李佳纯,张林锋,吴华东,郭嘉. CeO₂-ZnO/KIT-6催化剂在光催化吸附脱硫中的应用[J]. 无机盐工业, 2022, 54(9): 143-149.
[2]	石涵,袁标,沈鹏. 新型无机固体吸附剂在天然气脱水领域研究进展[J]. 无机盐工业, 2022, 54(5): 11-18.
[3]	孙振海,李滨,郭春垒,臧甲忠,李犇,范景新,汪洋. 介孔二氧化硅合成及其吸附分离性能研究[J]. 无机盐工业, 2021, 53(7): 68-72.
[4]	郭伟,石涵,袁标. 无机固体吸附剂在二氧化碳捕集应用中的研究进展[J]. 无机盐工业, 2021, 53(12): 29-34.
[5]	徐莹,高荣,金士威. 有序介孔碳和活性炭对阿莫西林的吸附研究[J]. 无机盐工业, 2020, 52(10): 140-144.
[6]	柴彤, 赵瑞红, 栗明宏, 李宣民. 氨基改性有序介孔氧化铝吸附二氧化碳性能研究[J]. 无机盐工业, 2016, 48(12): 14-.
[7]	董家丽, 王露浔, 李剑, 杨丽娜, 徐龙, 孙宇萌. 双介孔二氧化硅制备研究进展[J]. 无机盐工业, 2014, 46(6): 17-.
[8]	赵瑞红, 胡会杰, 郭奋. 载镍金属有序介孔氧化铝催化一氧化碳甲烷化反应性能研究[J]. 无机盐工业, 2012, 44(12): 59-.
[9]	李子琦, 赵瑞红, 胡会杰, 胡永琪, 郭奋. 有序介孔氧化铝的合成及稳定性研究[J]. 无机盐工业, 2011, 43(9): 10-.

首页

全国无机盐信息中心

中国化工学会

无机酸碱盐专业委员会