介孔材料是一種孔徑介于微孔與大孔之間的新型材料。國際純粹和應用化學協會(IUPAC)根據孔徑大小的不同,將多孔材料分為三類:小于2mm的為微孔(microporous)材料﹔介于2-50nm的為介孔(mesoporous)材料﹔大于5onm的為大孔(macroporous)材料。
介孔材料依照化學組成,可分為硅基和非硅基兩大類。非硅基介孔材料主要包括過渡金屬氧化物、磷酸鹽和硫化物等。相較非硅基介孔材料,硅基介孔材料的研究更為成熟。硅基介孔材料具有孔道結構規則,孔徑分布狹窄等特點,廣泛應用于分離提純、吸附、催化、傳感、**裝載及緩釋等領域。
介孔二氧化硅材料的應用
介孔二氧化硅材料具有**吸附材料的特性:孔道結構有序性﹔孔徑分布單一性和可調控性,介孔形狀多樣性。使其在吸附分離,工業催化、生物醫學、環境保護等領域具有極為重要的作用。
(1)較高的比表面積和較大的孔體積,使其可以作為**載體或催化載體應用于醫藥和催化領域。
(2)孔徑呈單一分布,并且調控范圍寬,使其可以作為可控反應器制備半導體材料。
(3)獨特的孔壁結構和微觀形貌,使其在光學和電學領域有非常好的應用前景。
(4)熱穩定性和水熱穩定性良好,同時表面附有大量硅羥基,可以進行表面化學改性,使其成為一種很有前途的新型復合載體。
介孔二氧化硅材料的改性
介孔二氧化硅材料表面含有大量羥基,表面能量較高,很容易團聚,影響有機體的分散,均勻性變差,導致組裝材料的利用率明顯降低。因此,進行改性能降低其表面能量,**的提高分散率。改性的方法很多,有表面物理修飾和表面化學修飾兩大類。
表面物理修飾主要通過吸附,包裹等物理作用,利用紫外線,等離子體等手段對粒子的表面進行改性。
表面化學修飾主要利用偶聯劑進行改性。通過含有機官能團的偶聯劑與介孔二氧化硅材料作用,將功能官能團以共價鍵方式嫁接到介孔材料孔壁上,實現介孔二氧化硅材料的功能化。常用的表面化學修飾方法有兩種:共縮聚法和后嫁接法。
共縮聚法(co-condensation),即一步制備法,是在模板劑作用下,將有機偶聯劑與無機源同時加入到體系中,在生成介孔結構的同時將官能團引入到孔道中。
優點:可以制備負載量較高,分散均一的功能化介孔二氧化硅材料。
缺點:制備條件是酸性或堿性,許多偶聯劑在這種條件下極不穩定,容易分解或變性。同時,引入的官能團量過大也將破壞材料介孔結構的形成。
后嫁接法(post-synthesis)是先制備介孔二氧化硅材料,再將偶聯劑加入到已制備的介孔二氧化硅材料中,在有機溶劑中回流。
特點∶反應通常在氮氣保護下進行,能夠**偶聯劑自身水解,整個修飾過程不會破壞介孔材料本身的結構,還能很好的控制功能化程度,所以后嫁接法更多被使用。
在此基礎上更復雜的嫁接也相繼出現,如多步嫁接。也有很多研究者通過不同的方法改性介孔二氧化硅材料,以提高其處理廢水中重金屬離子的能力。
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