化工与材料工程学院毕业小论文SBA-16分子筛的合成及其模板剂脱除的研究SBA-16 molecular sieve synthesis template removal researchX X X X大学Jilin Institute of Chemical TechnologySBA-16分子筛的合成及其模板剂脱除的研究xxxx摘要：本文采用水热法，以三嵌段共聚物F127为模板剂，正硅酸乙酯为硅源，在强酸性条件下制备了介孔分子筛SBA-16，利用粉末X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、红外光谱等表征手段对SBA-16的结构等性质进行了表征。
关键词：介孔分子筛；SBA-16；表征0 引言结晶的介孔材料（或有序的介孔材料）是与无序（无定形）介孔材料不同的新材料，是以美国前Mobil公司所合成的M41S系列材料（MCM-41、MCM-48等）[1]为代表的新一代介孔和大孔材料从原子水平看，这些介孔和大孔材料是无序的、无定形的，但是它们的孔道是有序排列的，并且孔径大小分布很窄，是长程有序，是高层次上的有序，因此它们也具有一般晶体的某些特征，它们的结构信息能够由衍射方法及其他结构分析手段得到。
早期合成多孔SiO2的方法，如[2]气溶胶法、气凝胶法等都无一例外地存在着制备过程难以控制的缺点，因而无法获得孔道形状规整、孔径分布均匀的有序的多孔SiO2材料沸石在脱铝过程或其他处理过程中能够严生一些介孔，但其孔径大小和数量很难控制某些黏土和层状磷酸盐的层能够用较大的无机物种（聚合阳离子或硅酯等）撑开，生成介孔材料，尽管黏土和磷酸盐[8]的层（或板）是结晶的，但是柱子不是非常有规则排列的，因此生成的介孔的尺寸不是均一的，有序程度较低通过严格控制制备条件，某些具有介孔的氧化硅凝聚或硅铝氧化物凝胶的孔分布可以比较窄，但是这些介孔还是基本上无序的。
但自从1992[7]年，Mobil公司的科学家们（Kresge等）首次运用纳米结构自组装技术制备出具有均匀孔道、孔径可调的介孔SiO2（MCM-41等）以来，介孔材料存在的这些缺点正逐步被克服现今，采用多种纳米结构自组装技术合成结构便于剪裁的多孔SiO2材料的方法已经成为当今国际上的一个研究热点。
有序介孔材料已经成为最常见的介孔材料它们是以表面活性剂形成的超分子结构为模板，利用溶胶一凝胶工艺，通过[6]有机物和无机物之间的界面定向导引作用组装成一类孔径在约1.5nm至约30nm之间、孔径分布窄且有规则孔道结构的无机多孔材料。
介孔材料的发现，不仅将分子筛由微孔范围扩展至介孔范围，且在微孔材料（沸石）与大孔材料（如无定形硅铝氧化物凝胶、活性炭）之间架起了一座桥梁。
同时这些有序介孔材料也正是许多研究和应用领域所需要的，是当前具有广泛应用前景*指导教师:.的一类新材料[4]，分离提纯、生物材料、化学合成及转化的催化剂、半导体、光学器件、计算机、传感器件、药物递进、气体和液体吸附、声学、超轻结构材料等许多研究领域有着潜在的用途，在化学工业、信息通信工程、生物技术，环境能源等诸多领域具有重要的应用价值。
介孔材料的孔径在很大范围内可调，故不能为沸石分子筛所代替，因此，成为热门研究领域之一。
广泛的应用前景[5]，如大分子催化、生物过程、选择吸附、功能材料等有序介孔材料能够达到很大的比表面和孔体积，这个是介孔材料的一大优势，无定形孔壁有它的劣势（低的水热稳定性和低的酸强度等，但现在已经有多种改善方法），同时也有它特殊的优势，对结构（孔径、孔的联通、窗口等）的限制较小，容易对材料的结构进行微调，还有就是它对“骨架”[3]（孔壁）原子的限制比沸石小得多，容易掺杂、修饰及扩展到其他化学组成在合成介孔材料时，人们有意无意地重复着拂石和微孔分子筛合成的历史，从硅酸盐和硅铝酸盐开始，然后是掺杂，再后是氧化物和磷酸盐及其他。
有序介孔材料的迅速发展和不断改进已为它的应用提供了广阔的天地有关，以MCM-41为代表的有序介孔材料的出现及受到各方面的高度重视，并非偶然，是与近年来材料科学和合成化学的发展分不开的。
基于以上背景，我们开展了SBA-16介孔分子筛分子筛的合成研究。
1 实验部分1.1分子筛的合成方法本文对介孔分子筛的结构和应用进行了概述，并采用水热法，以三嵌段共聚物F127为模板剂，正硅酸乙酯为硅源，在强酸性条件下制备了介孔分子筛SBA-16。
典型合成步骤如下：将1.0g的F127 和3.0g正丁醇（乙醇，Mw=74.12）与47.5g的H2O混合，将水溶液升温至45 ℃并持续在恒温磁力搅拌器搅拌下至混合均匀后，加入2.075g37%的HCL，缓慢滴加一定量的不同比例的正硅酸乙酯(TEOS)，并在45℃持续搅拌24h，紧接着将溶液转入水热合成釜中，并置于110℃的烘箱中处理24h，然后将溶液冷却至室温后过滤得到的乳白色固体，（1）煅烧法：将乳白色固体放入烘箱中至干燥得到未除模板剂的SBA-16，将干燥完成的产品研磨成粉末，一部分装入密封袋，测差热；一部分装入坩埚，放进马弗炉，用煅烧法去除模板从25℃开始升温，每半个小时升高25℃到550℃后保温5小时，即得到SBA-16介孔分子筛。
（2）萃取法：取1 g晶化完成的样品，加入100 ml乙醇，10滴2 mol/L HCl，在353 K的条件下搅拌回流2 d 取出后用乙醇冲洗，干燥即得到乳白色粉末状的SBA-16 分子筛。
实验所用各原料的质量比约为m（TEOS）：m（F127）：m（HCl）：m（正丁醇）：m（H2O）= 4.73：1.0：2.075：3.0：47.5。
1.2表征测试方法1．扫描电镜：日本电子公司（JEOL）JSM-6700F型扫描电镜。
2．X-射线粉末衍射（XRD）：采用德国西门子SIEMENS D5005型X射线衍射仪。
CuKα辐射（λ=1.5418Å），管电压40kV，管电流 30mA，扫描速度0.5º/min。
3．红外光谱（IR）：红外光谱是在PerkinElemer公司的Spectrum One FT-IR Spectrometer上测定，采用KBr压片（样品占1wt%），测试范围500~4000cm-1。
4. 荧光发射 (PL) 谱图在PerkinElemer公司的LS55 Luminescence Spectrometer上测定。
激发波长为375nm。
2 介孔分子筛表征2.1 X射线衍射(XRD)图1 m（TEOS）：m（F127）：m（HCl）：m（正丁醇）：m（H2O）= 4.73：1.0：2.075：3.0：47.5 煅烧法除模板的SBA-16样品的XRD射线衍射图图2 m（TEOS）：m（F127）：m（HCl）：m（正丁醇）：m（H2O）= 4.73：1.0：2.075：3.0：47.5 萃取法除模板的SBA-16样品的X RD射线衍射图图1,图2是实验各试剂的配比为m（TEOS）：m（F127）：m（HCl）：m（正丁醇）：m（H2O）= 4.73：1.0：2.075：3.0：47.5，晶化温度为110℃，晶化时间为24h时SBA-16的小角XRD 射线衍射图。
出现一个强度较高的衍射峰，一个强度较弱的衍射峰，这是典型的三维立方结构的特征衍射峰，还可以看出样品的骨架结构保持良好的有序性。
这是典型的三维立方结构的特征衍射峰，还可以看出样品的骨架结构保持良好的有序性。
2.2 红外光谱(IR)图3 m（TEOS）：m（F127）：m（HCl）：m（正丁醇）：m（H2O）= 4.73：1.0：2.075：3.0：47.5未除模板的介孔分子筛的红外光谱图图4 m（TEOS）：m（F127）：m（HCl）：m（正丁醇）：m（H2O）= 4.73：1.0：2.075：3.0：47.5煅烧法除模板的介孔分子筛的红外光谱图图5 m（TEOS）：m（F127）：m（HCl）：m（正丁醇）：m（H2O）= 4.73：1.0：2.075：3.0：47.5萃取法除模板的介孔分子筛的红外光谱图红外光谱带位置（cm-1）归属3400 水中或Si-OH中O-H键的伸缩振动2850-3000和1460模板剂中C-H键的伸缩振动1630水中O-H键的弯曲振动1080Si-O-Si的反对称伸缩振动960Si-OH弯曲振动800Si-O-Si的对称伸缩振动从图3，4，5中可以看出，经过煅烧法除模板或萃取得到的样品在2850～3000cm-1和1460 cm-1处由于模板剂中C-H键的伸缩振动产生的吸收峰已经完全消失，960cm-1处Si-OH 弯曲振动导致的吸收峰也明显降低，而其他两种方法得到的样品由于C-H键的伸缩振动产生的吸收峰也明显减弱甚至消失，但在960cm-1处Si-OH的吸收峰并没有减弱或减弱的不明显，说明高温煅烧法对模板剂的去除更加彻底。
2.3扫描电镜(SEM)图6 SBA-16的扫描电镜图6为介孔分子筛SBA-16的SEM扫描照片。
通过照片可以看到SBA-16呈现不规则的棱角分明的块状，每个块体都具有层状结构，直径在1～2μm。
介孔分子筛颗粒外貌主要决定于无机硅物种和有机高分子表面活性剂界面的区域弯曲能的大小，增强有机物与无机物间的相互作用，则其界面弯曲能下降，易产生曲率较大的颗粒。
随着体系酸的浓度的增加，硅物种的质子化作用及PEO嵌段醚氧原子与水分子问的氢键作用均得到加强，更有利于介孔三维立方结构的保持。
2.4结论本文通过水热法在酸性水热环境下合成SBA-16介孔分子筛。
通过利用X射线衍射、差热分析）、红外光谱、扫描电镜等多种表征手段对样品的性质进行了表征。
探讨制备SBA-16介孔分子筛时,随着有酸性强度的改变,其衍射峰强依次变化。
结果表明在高速搅拌下，晶化时间为24h，反应物的质量比以m（TEOS）：m（F127）：m（HCl）：m（正丁醇）：m （H2O）= 4.73：1.0：2.075：3.0：47.5，合成的样品具有较好的三维立方结构。
而且煅烧法去除模板剂也不会使该三维立方结构类型发生改变。
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