一种介孔氧化硅的中低温快速脱模-铜掺杂方法技术

本发明专利技术公开了一种介孔氧化硅的中低温快速脱模‑铜掺杂方法，该方法包括以下步骤：(1)分别称取未脱除模板剂的介孔氧化硅、高氯酸铵与铜盐于坩锅中，加入乙醇，搅拌15～20min至混合均匀，60～80℃干燥；用锡箔纸封住坩锅口，并在锡箔纸上均匀的扎出针眼大小的孔；(2)将坩锅置于马沸炉中升温至320～350℃，保温2‑8min，取出坩埚，冷却，得到脱除模板剂的铜掺杂介孔氧化硅材料。本发明专利技术方法实现了快速高效脱除介孔氧化硅材料中的模板剂，同时实现了铜元素的掺杂，整个处理过程简单、可控、省时节能、成本低廉，可大规模生产。

A rapid demoulding method of mesoporous silica at medium and low temperature copper doping

【技术实现步骤摘要】
一种介孔氧化硅的中低温快速脱模-铜掺杂方法
本专利技术属于无机非金属材料
，具体而言，涉及一种介孔氧化硅的中低温快速脱模-铜掺杂方法。
技术介绍
介孔氧化硅由于其规则的孔道结构、极高的比表面积、较窄的孔径分布等显著特性，使其常被用于催化、吸附分离和离子交换等相关领域。将新合成的无机-有机复合介观结构材料中的模板剂脱除后，才能得到介孔氧化硅，因此模板剂的脱除是介孔氧化硅合成过程中必不可少的步骤。但是，脱除模板剂后纯的介孔氧化硅缺乏化学活性，在化学工业中的应用受到一定限制。因此，还需要对其进行改性。而铜掺杂改性的介孔氧化硅能够产生高密度的酸中心，展现出良好的催化活性，在催化领域具有较为广泛的应用前景。目前，介孔氧化硅模板剂脱除方法主要有焙烧法、萃取法、紫外辐射法与微波消除法等。应用较多是焙烧法，即采用1～2℃/min的速率将炉内温度升至550℃，然后保持该温度6h左右，直至表面活性剂完全燃烧脱除，得到介孔氧化硅材料(Nat.Mater.2003,2,159-163)。但是该方法其存在明显的缺点：能耗极大(焙烧温度等于或高于550℃)，耗时较长10～15h，长时间高温焙烧容易导致介孔氧化硅骨架结构塌陷，对MCM、MSU等热稳定性较差的介孔氧化硅材料的适用性差。而其他方法也都存在明显的缺点，萃取法产生的有机废液会污染环境，尤其处理工艺复杂，需要有机溶剂反复萃取，通常所需时间为3～6天，且很难将表面活性剂彻底脱除，(Chem.Mater.2001,13,4760-4766)。紫外辐射法脱模率不高，不适合大量样品中模板剂的脱除(Chem.Mater.2000,12,3842-3847)。微波消除法脱模后产生的强酸性或强氧化性废液会污染环境，需要进行繁琐、高成本的废液处理(Chem.Commun.2002,1186-1187)。此外，在脱除模板剂的同时无法实现过渡金属元素的掺杂，需分步进行(J.Mol.Cata.A:Chemical.2005,230,143-150；Mole.Cata.2018,445,43-51)。由此可见，现有模板剂的脱除方法都存在一些缺点，为此需要发展新方法，从而在较低温度下、较短时间内，快速高效的脱除模板剂同时实现过渡金属元素掺杂。通过检索国内外现有技术，尚未见到有文献提出利用高氯酸铵与铜盐热爆法在较低温度下、较短时间内，快速高效的脱除模板剂同时实现铜掺杂介孔氧化硅合成方法报道。
技术实现思路
针对现有介孔氧化硅材料中模板剂脱除方法存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种介孔氧化硅的中低温快速脱模-铜掺杂方法，进而得到高度有序、大比表面积的掺杂型介孔氧化硅材料。为了实现本专利技术的上述技术目的，通过大量试验研究并不懈努力，最终获得了如下技术方案：一种介孔氧化硅的中低温快速脱模-铜掺杂方法，该方法包括如下步骤：(1)分别称取未脱除模板剂的介孔氧化硅、高氯酸铵与铜盐于坩锅中，加入乙醇，搅拌15～20min至混合均匀，60～80℃干燥；用锡箔纸封住坩锅口，并在锡箔纸上均匀的扎出针眼大小的孔；(2)将坩锅置于马沸炉中升温至320～350℃，保温2-8min，取出坩埚，冷却，得到脱除模板剂的铜掺杂介孔氧化硅材料。进一步优选地，如上所述介孔氧化硅的中低温快速脱模-铜掺杂方法，其中步骤(1)中所述未脱除模板剂的介孔氧化硅、高氯酸铵、铜盐的质量比为1：(0.3～0.5)：(0.02～0.2)。进一步优选地，如上所述介孔氧化硅的中低温快速脱模-铜掺杂方法，其中所述的介孔氧化硅选自如下的至少一种：SBA-15、MCM-41、FDU-5、KIT-6、HMS、MSU。进一步优选地，如上所述介孔氧化硅的中低温快速脱模-铜掺杂方法，其中所述的铜盐选自如下的至少一种：乙酸铜、氯化铜、硝酸铜、硫酸铜等。进一步优选地，如上所述介孔氧化硅的中低温快速脱模-铜掺杂方法，其中所述未脱除模板剂的介孔氧化硅与乙醇的用量比为1g：(80-120)ml。进一步优选地，如上所述介孔氧化硅的中低温快速脱模-铜掺杂方法，其中步骤(1)用锡箔纸封住坩锅口，用铁丝扎紧。进一步优选地，如上所述介孔氧化硅的中低温快速脱模-铜掺杂方法，其中步骤(1)锡箔纸上均匀的扎出针眼大小的孔数量为20～30个。进一步优选地，如上所述介孔氧化硅的中低温快速脱模-铜掺杂方法，其中步骤(2)中升温的速率为15～35℃/min。进一步优选地，如上所述介孔氧化硅的中低温快速脱模-铜掺杂方法，其中步骤(2)中保温时间为3～5min。进一步优选地，如上所述介孔氧化硅的中低温快速脱模-铜掺杂方法，其中所述的热处理整个过程所需时间为12～27min，模板剂脱除率达到97％以上。相对于现有技术，本专利技术涉及的模板剂脱除方法具有如下优点和进步性：(1)本专利技术方法是一种有别于其他模板剂脱除的方法，操作简单、处理温度低(320～350℃)、能耗低，热处理整个过程所需时间短为12～27min；(2)本专利技术方法实现了较低温度下、较短时间内，快速高效的脱除介孔氧化硅材料中的模板剂；与焙烧法相比较，高氯酸铵热爆法温度降低了200℃、热处理整个过程所需时间为焙烧法所需时间的1/50左右；(3)本专利技术方法在中低温下、短时间内模板剂脱除率可达97％以上；(4)脱除模板剂的同时，产生了酸性位实现了铜元素在介孔氧化硅材料中的掺杂；(5)高氯酸铵氧化剂完全分解形成气态产物，完全挥发，无任何残留，无需后续处理；(6)本专利技术处理过程简单、过程可控、成本低廉。附图说明图1为本专利技术实施例1中所得铜掺杂SBA-15介孔氧化硅小角XRD图；图2为本专利技术实施例1中所得铜掺杂SBA-15介孔氧化硅TEM图；图3为本专利技术实施例1中所得铜掺杂SBA-15介孔氧化硅氮气吸附-脱附及孔径分布图；图4为本专利技术实施例1中未脱除模板剂的SBA-15(a)与高氯酸铵热爆法(b)所得铜掺杂SBA-15介孔氧化硅的红外光谱图；图5为本专利技术实施例1中所得铜掺杂SBA-15介孔氧化硅的SEM与EDS图；图6为本专利技术实施例1中所得铜掺杂SBA-15介孔氧化硅的化学吸附图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术的技术方案和技术效果进行清楚、完整地描述，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限定本专利技术的保护范围。另外，实施例中未注明具体技术操作步骤或条件者，均按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。实施例一：1.称取1g未脱除模板剂的SBA-15介孔氧化硅材料、0.5g高氯酸铵与乙酸铜0.2g于坩锅中，加入乙醇120mL，搅拌20min混合均匀，在60℃下干燥后，用锡箔纸封口，并用铁丝扎紧，在锡箔纸上均匀的扎出针眼大小的孔30个，然后在马沸炉中以15℃/min升温至350℃，保温5min，打开炉门，取出坩埚，冷却后得到脱除模板剂的铜掺杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种介孔氧化硅的中低温快速脱模-铜掺杂方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：/n(1)分别称取未脱除模板剂的介孔氧化硅、高氯酸铵与铜盐于坩锅中，加入乙醇，搅拌15～20min至混合均匀，60～80℃干燥后，用锡箔纸封住坩锅口，并在锡箔纸上均匀地扎出针眼大小的孔；/n(2)将坩锅置于马沸炉中升温至320～350℃，保温2-8min，取出坩埚，冷却，得到脱除模板剂的铜掺杂介孔氧化硅材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种介孔氧化硅的中低温快速脱模-铜掺杂方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)分别称取未脱除模板剂的介孔氧化硅、高氯酸铵与铜盐于坩锅中，加入乙醇，搅拌15～20min至混合均匀，60～80℃干燥后，用锡箔纸封住坩锅口，并在锡箔纸上均匀地扎出针眼大小的孔；
(2)将坩锅置于马沸炉中升温至320～350℃，保温2-8min，取出坩埚，冷却，得到脱除模板剂的铜掺杂介孔氧化硅材料。


2.根据权利要求1所述介孔氧化硅的中低温快速脱模-铜掺杂方法，其特征在于，步骤(1)中所述未脱除模板剂的介孔氧化硅、高氯酸铵、铜盐的质量比为1：(0.3～0.5)：(0.02～0.2)。


3.根据权利要求1所述介孔氧化硅的中低温快速脱模-铜掺杂方法，其特征在于，所述的介孔氧化硅选自如下的至少一种：SBA-15、MCM-41、FDU-5、KIT-6、HMS、MSU。


4.根据权利要求1所述介孔氧化硅的中低温快速脱...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗小林，苗康康，冯国栋，郭家乐，王伟，裴霏，郭思凡，
申请(专利权)人：宝鸡文理学院，
类型：发明
国别省市：陕西;61