模板法合成多層殼及多級(jí)復(fù)合孔二氧化硅納米材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于無機(jī)二氧化硅納米材料的合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種模板法合成多層殼及多級(jí)復(fù)合孔二氧化硅納米材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在世界科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，材料已成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的三大支柱之一。在不斷涌現(xiàn)的各種材料中，具有多層殼及多級(jí)復(fù)合孔結(jié)構(gòu)的無機(jī)納米材料已引起廣大研究者的興趣和關(guān)注。多層殼材料相比于傳統(tǒng)的單層空殼材料和核殼材料而言，它具有更大的比表面積和降低傳送質(zhì)量和電荷的傳輸通道長度的優(yōu)點(diǎn)，這樣的優(yōu)點(diǎn)使其在能量存儲(chǔ)與利用、重金屬離子吸附、生物質(zhì)的傳輸及催化劑等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。而多級(jí)復(fù)合孔材料與傳統(tǒng)的單一孔材料(如微孔材料、介孔材料和大孔材料)相比而言，其通過至少兩種孔徑的孔結(jié)構(gòu)相結(jié)合同時(shí)孔結(jié)構(gòu)逐層分級(jí)而形成，其優(yōu)良的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其具有較大的比表面積、較高的選擇性和優(yōu)異的吸附性能。而這些獨(dú)特的性能使其在工業(yè)催化和污水處理等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。因此，同時(shí)具有多層殼及多級(jí)復(fù)合孔結(jié)構(gòu)的納米材料受到了廣大科學(xué)研究者的重視。然而，目前關(guān)于多層殼及多級(jí)復(fù)合孔無機(jī)納米材料制備的報(bào)道比較少，而這種多層殼及多級(jí)復(fù)合孔結(jié)構(gòu)的二氧化硅納米材料的制備至今也是鮮有報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供了一種比表面積大、選擇性好且吸附性能優(yōu)良的模板法合成多層殼及多級(jí)復(fù)合孔二氧化硅納米材料的方法。
[0004]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案，模板法合成多層殼及多級(jí)復(fù)合孔二氧化娃納米材料的方法，其特征在于包括以下步驟:(1)硬質(zhì)模板碳球的合成，將3.6g真菌多糖溶于30mL的蒸餾水中并攪拌溶解15min形成澄清透明溶液，然后將該澄清透明溶液于180°C進(jìn)行水熱反應(yīng)12h后自然冷卻至室溫得到硬質(zhì)模板碳球，其中真菌多糖為香菇多糖、云芝多糖或銀耳多糖；(2)多層殼及多級(jí)復(fù)合孔二氧化硅納米材料的合成，將
0.5-1.5mmol的氟硅酸鹽加入到30mL的蒸餾水中并加熱攪拌溶解，其中氟硅酸鹽為氟硅酸鈉、氟硅酸鉀或氟硅酸鈣，再加入80-120mg步驟(I)合成的硬質(zhì)模板碳球，超聲分散15min后于60-80°C的油浴中攪拌吸附8-15h，然后經(jīng)過離心過濾后加入25mL尿素溶液并于120°C攪拌反應(yīng)8-12h，產(chǎn)品離心洗滌多次后干燥，待樣品干燥完全后以1°C /min的升溫速率升溫至450-550°C煅燒2-3h，然后自然冷卻至室溫后得到多層殼及多級(jí)復(fù)合孔二氧化硅納米材料。
[0005]進(jìn)一步限定，所述的尿素溶液是由4-6mmol的尿素溶于25mL的蒸饋水中配置而成的。
[0006]進(jìn)一步限定，所述的多層殼及多級(jí)復(fù)合孔二氧化硅納米材料的多層殼的層數(shù)為
2-3 層。
[0007]進(jìn)一步限定，所述的多層殼及多級(jí)復(fù)合孔二氧化娃納米材料的多級(jí)復(fù)合孔是由粒徑為2-3nm的顆粒堆積形成的。
[0008]本發(fā)明為了使氟硅酸鹽在堿性環(huán)境下緩慢水解，因而加入尿素溶液使其水解而得以緩慢釋放OH離子得到堿性環(huán)境，尿素提供的弱堿性環(huán)境能夠不破壞硬質(zhì)模板碳球。
[0009]本發(fā)明具有以下有益效果:(1)反應(yīng)物氟硅酸鹽在堿性條件下緩慢水解，條件較為溫和且環(huán)境友好；(2)反應(yīng)成本低廉，操作簡(jiǎn)單；(3)產(chǎn)物的形貌在一定的程度上可通過反應(yīng)條件進(jìn)行控制；(4)制得的具有多層殼及多級(jí)復(fù)合孔結(jié)構(gòu)的二氧化硅納米材料具有較大的比表面積，在生物質(zhì)的儲(chǔ)存與運(yùn)輸、重金屬離子吸附及催化劑等方面具有很好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制得的三層殼及多級(jí)復(fù)合孔二氧化硅納米材料的TEM圖譜；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例3制得的二層殼及多級(jí)復(fù)合孔二氧化硅納米材料的TEM圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0011]以下通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但不應(yīng)該將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
[0012]實(shí)施例1
首先，硬質(zhì)模板碳球的合成:3.6g的香燕多糖溶于30mL的蒸饋水，攪拌溶解15min，將該澄清透明溶液轉(zhuǎn)入50mL的聚四氟乙烯內(nèi)襯中，之后放入反應(yīng)釜中，進(jìn)行水熱反應(yīng)(2.50C /min升溫至180°C并恒溫12h，之后自然冷卻至室溫)。其次，二氧化硅納米材料的合成:1.5mmoL的氟硅酸鉀加入到30mL蒸餾水中并加熱攪拌溶解，之后加入已合成的硬質(zhì)模板碳球80mg，超聲分散15min，60°C油浴下攪拌吸附15h。樣品經(jīng)過離心過濾后加入尿素溶液25mL(5mmoL的尿素溶于25mL蒸饋水)，之后置于反應(yīng)爸中于120°C攪拌反應(yīng)10h。樣品離心洗滌多次后干燥，待樣品干燥完全后以1°C /min的升溫速率升溫至500°C煅燒3h，然后自然冷卻到室溫得到三層殼及多級(jí)孔二氧化硅納米材料，圖1是本實(shí)施例合成的二氧化硅納米材料的TEM圖譜，由圖可以明顯看出二氧化硅納米材料的三層殼結(jié)構(gòu)。
[0013]實(shí)施例2
首先，硬質(zhì)模板碳球的合成:3.6g的香燕多糖溶于30mL的蒸饋水，攪拌溶解15min，將該澄清透明溶液轉(zhuǎn)入50mL的聚四氟乙烯內(nèi)襯中，之后放入反應(yīng)釜中，進(jìn)行水熱反應(yīng)(2.50C /min升溫至180°C并恒溫12h，之后自然冷卻至室溫)。其次，二氧化硅納米材料的合成:0.5mmoL的氟硅酸鉀加入到30mL蒸餾水中并加熱攪拌溶解，之后加入已合成的硬質(zhì)模板碳球80mg，超聲分散15min，80°C油浴下攪拌吸附15h。樣品經(jīng)過離心過濾后加入尿素溶液25mL(5mmoL的尿素溶于25mL蒸饋水)，之后置于反應(yīng)爸中于120°C攪拌反應(yīng)10h。樣品離心洗滌多次后干燥，待樣品干燥完全后以1°C /min的升溫速率升溫至500°C煅燒3h，然后自然冷卻到室溫得到三層殼及多級(jí)孔二氧化硅納米材料。
[0014]實(shí)施例3
首先，硬質(zhì)模板碳球的合成:3.6g的云芝多糖溶于30mL的蒸饋水，攪拌溶解15min，將該澄清透明溶液轉(zhuǎn)入50mL的聚四氟乙烯內(nèi)襯中，之后放入反應(yīng)釜中，進(jìn)行水熱反應(yīng)(2.50C /min升溫至180°C并恒溫12h，之后自然冷卻至室溫