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本论文以三嵌段共聚物P123(PEO-PPO-PEO)为模板剂,在水热条件下通过有机硅烷与正硅酸乙酯(TEOS)共水解缩聚一步合成了巯基、氨基、乙烯基官能化的有序介孔氧化硅SBA-15材料,并应用X射线衍射(XRD)、N2吸附/脱附、透射电镜(TEM)、热重(TG)、元素分析及固体核磁共振(29SiMASNMR)等现代物理表征方法对合成材料的结构和性能进行了研究。
采用一步法通过γ-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)与TEOS共水解缩聚制备了巯基含量不同的官能化SBA-15,研究了初始混合物中MPTMS的含量对官能化SBA-15孔结构的影响。即使巯基摩尔含量增加至20%,官能化SBA-15仍保持较高的介观有序度。随着巯基含量的增加,改性后材料的BET比表面积、孔径及孔容均有所减小。为使巯基官能化SBA-15保持较好的孔结构,MPTMS的摩尔含量应低于20%。
有机硅烷γ-氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)与TEOS在水热条件下共水解缩聚制备得到氨基含量不同的官能化SBA-15有序介孔材料,并通过对某一氨基含量的样品(APTMS/(APTMS+TEOS)=10%)改变其制备工艺参数,如TEOS预水解时间,晶化时间及晶化温度等,深入研究了工艺参数的改变对介观有序度及孔结构的影响。TEOS预水解2h可以获得高度有序的二维六方P6mm结构,在6nm附近孔径分布狭窄,增大APTMS/(APTMS+TEOS)摩尔含量至20%,氨基官能化SBA-15仍保持较高的有序度。对于TEOS预水解4h的样品,改变晶化温度为50℃及150℃比100℃晶化形成的孔结构有序度更高,但孔径分布显著增大至48nm及74nm。延长晶化时间有利于形成介观有序度高的结构,但丧失了狭窄而均匀的孔径分布。
以乙烯基三乙氧基硅烷(TEVS)和TEOS为前驱体,P123为模板剂制备了不同乙烯基含量的官能化SBA-15,并深入研究了TEVS的含量对官能化SBA-15孔结构的影响。结果表明,通过TEVS和TEOS的缩聚反应,乙烯基官能团被成功地通过Si-C共价键连接到SBA-15的SiO2骨架上。随着乙烯基含量的增加,乙烯基官能化SBA-15的孔径减小,比表面积和孔壁厚增大。