长度可控杆状SBA-15的合成-论文.pdf

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1、V01．35高等学校化学学报No．12014年1月CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES26～29doi：10．7503／ejcu20130814长度可控杆状SBA一15的合成王敏，李冬，蔡文京，姜男哲(延边大学工学院化工系，延吉133002)摘要以三嵌段共聚物P123为结构导向剂，天然高聚物壳聚糖为添加剂，合成出分散性较好的杆状结构SBA．15．通过调节体系中壳聚糖的含量，可以实现对产物形貌的控制，即从颗粒到短杆状，最后到长杆状．壳聚糖的加入不仅使SBA一15的介孔结构更加长程有序，同时也提高了其比表面积和孔容，其最高值分别达到1157m／g和1．53cm／

2、g．关键词SBA一15；形貌控制；壳聚糖中图分类号O611．4文献标志码A介孑L氧化硅是一种新型的纳米结构材料，因其具有孔径分布窄、比表面积高、孔道排列规则及化学组成多样等特点，在催化剂及催化剂载体⋯、吸附和分离J、半导体材料和光电子器件等领域具有很高的学术研究价值和工业应用价值．其中，在酸性条件下合成的SBA一15因具有较大的比表面积和孔径、良好的化学稳定性以及高度有序的孔道结构而被广泛研究7’．在典型的合成方法中，硅源与非离子型表面活性剂(P123)在溶液中自组装，得到长度为数十微米的棒状或纤维状形貌．通过调节反应参数，如搅拌速度、酸的强弱、反应温度、无机盐、添加不同溶剂或表面活性剂等，可

3、以实现对SBA．15形貌的控制，得到纤维状、球状、盘子状、面包圈状等形貌nJ．然而，对SBA一15长度可控却很难实现．Lu等利用甘油作为共溶剂，通过调节合成体系的酸度，成功地对杆状SBA-15颗粒的长度进行了调控，得到长度小于1m的单分散颗粒．其原理是甘油中的羟基引起亲水链段有效长度的变化，促进嵌段共聚物与硅物种之间的协同自组装．壳聚糖作为一种天然高聚物，是甲壳素脱Ⅳ_乙酰基后的产物，其分子中富含氨基、羟基等活性基团，类似于甘油．壳聚糖是自然界存在的唯一带正电荷的天然生物高分子，可在水溶液中起到类似阳离子表面活性剂的作用，在多孔材料合成的研究领域中备受关注．本文以壳聚糖作为添加剂，替代甘油共溶

4、剂法，合成了高度有序的杆状SBA一15，并考察了壳聚糖添加量对材料形貌和孔道结构的影响．1实验部分1．1试剂与仪器P123(EO2o—PO7o—EO2o，M=5．8×10，Aldrich公司)，正硅酸乙酯(TEOS，纯度99％，Aldrich公司)，壳聚糖(M=1xl0，脱乙酰度90％，浙江奥星生物科技有限公司)，盐酸(质量分数36．5％，分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司)，去离子水(自制)．x射线衍射分析使用Rigaku公司D／max一2200／PC型衍射仪(A=0．154nm)；氮气吸附一脱附等温线用美国贝克曼．库尔勒公司SA3100型氮气吸附一脱附仪于一196oC测试；样品的比表面积

5、通过Barrett．Emmett—Teller(BET)方法计算；样品的孔径分布采用Brumauer—Joyner．Halanda(BJH)方法计算；各样品的总孔体积在相对压力为0．99条件下测得；材料的形貌通过HitachiS-4700型扫描电子显微镜(SEM)在20kV电压下观测．收稿日期：2013-08-23．基金项目：国家自然科学基金(批准号：21263026)和吉林省教育厅“十二五”科学技术研究项目(批准号：2012-7)资助联系人简介：姜男哲，男，博士，副教授，主要从事纳米催化剂合成研究．E—mail：nzjiang@ybu．edu．on王敏等：长度可控杆状SBA一15的合成271

6、．2实验过程将1．80g非离子型表面活性剂P123和一定量的壳聚糖加入盛有60mL2．5mol／L盐酸的聚丙烯反应容器中，于35℃恒温水浴反应，磁力搅拌6h后加入3．82gTEOS，最终混合体系中物质的组成为(P123)：凡(HC1)：(TEOS)=1：484：60．加入TEOS后继续搅拌5min，于80qC下晶化1d．固体产物经过滤、洗涤、50cI=下干燥得到原粉．原粉通过650℃马弗炉焙烧5h得到白色产物，将所得样品标记为CS-0，CS一1，CS．2，CS一3，分别对应于0，0．1，0．2和0．4g的壳聚糖．2结果与讨论从4个原粉样品的小角X射线衍射(SXRD)谱图(图1)可以看出，在20

7、=0．8。～2。区间内有3个明显衍射峰，分别对应于(100)，(110)和(200)面衍射，证明其结构长程有序，属于二维六方空间构型(P6mm)．位于(100)晶面衍射峰的强度随着壳聚糖的加入而增强，其中，样品CS-2的(110)和(200)晶面的衍射峰相对强度最高，说明壳聚糖的加入有利于介孔的生成，且对有序介孔规整度的影响较大．图2为各样品的氮气吸附一脱附等温线以及孔径分布曲线．由图2(A)可见