模板法研制有序介孔SiO2膜及其性能表征的研究

许秀玲

（潍坊科技学院，山东寿光 262700）

模板法研制有序介孔SiO2膜及其性能表征的研究

许秀玲

（潍坊科技学院，山东寿光 262700）

采用模板法研制了有序介孔SiO2膜，探讨了其性能表征。在研究中采用了正硅酸乙酯（TEOS）与十六烷基三甲基氯化铵（CTAC），在致密基底上，研制了有序介孔SiO2膜，观察了CTAC/TEOS摩尔比对SiO2膜孔径及其介孔有序性的影响，实验结果证实，有序介孔SiO2膜的孔径在2～3nm，呈单一分布，孔体积随着CTAC/TEOS摩尔比增加而增大，CTAC/TEOS摩尔比为0.35时，SiO2膜的渗透率最大。

模板法；有序介孔；SiO2膜；性能表征

目前，在医药、化工、生物等各个领域均广泛应用着无机膜，其具有一系列的优点，如：良好的机械强度，耐高温、耐高压、抗酸碱腐蚀及细菌侵蚀等，但其缺点为较高的成本、较复杂的制备流程，从而降低了应用效果。随着科学技术的发展，溶胶-凝胶法应用于无机膜分离，促进了其应用，但其仍缺少渗透性与选择性。近几年，模板法得到了人们的高度关注，其又称仿生合成，将其用于无机多孔材料制备，保证了各孔道及孔径具有了规整型与可调型。为了明确模板法的现实意义，本文探讨模板法研制有序介孔SiO2膜及其性能表征，旨在为临床实践提供理论依据。

1 有序介孔SiO2膜制备的影响因素

SiO2膜的制备得到了社会各界高度关注，特别是在现今技术支持下，其应用愈加普遍。国外学者采用sol-gel法制备SiO2膜，经试验研究，总结了制备策略，最为关键的便是有效控制膜孔径与孔隙率，在操作过程中应防止裂缝、针孔及其他影响选择性能的缺陷，使膜孔径尽量维持在0.3～0.4nm，同时，保证孔容最大化、膜厚最小化。上述策略为无机膜研究指明了方向，但上述可操作性的技术，主要是因膜性能受诸多因素影响，具体如下：第一，摩尔比，在制备SiO2膜时，前驱物主要为TEOS、TMOS，其水解和缩聚反应确定了溶胶结构，而前驱物和水的比例对溶胶、凝胶等均有着直接的影响，国外学者经报道指出，摩尔比范围在3.3～7.4之间时，SiO2膜的孔径范围为8.4～11.4。第二，pH值，酸或碱均影响着TEOS，对其Sol-Gel有着各异的催化作用，由于催化剂与pH值各异，随之出现了结构、形态不同的胶体。第三，溶胶粘度，粘度是多种因素共同作用而引起的，如：温度、pH值、模板剂等，如果粘度过大，则会影响涂膜厚度，使其不均匀，严重情况下，甚至会出现裂纹，从而影响了膜性能，同时，实验时极易出现孔渗问题，为了避免其出现，可采取以下方法，如：在地膜孔内填充液体、提高涂层液粘度等［1］。

2 模板法研制有序介孔SiO2膜及其性能表征

在制备有序介孔SiO2膜过程中采用表面活性剂自组装体，其优势显著，如：较大的比表面积、一致的孔尺寸、规整的孔道结构等，因此，其在吸附分离、光电纳米材料等方面均拥有较广阔的前景。

在实际制备时，选取TEO为无机前驱物，CTAC为有机膜板剂，溶剂为乙醇与水，在催化条件下，制备了有序介孔SiO2膜，同时研究了制备中的摩尔比，特别是CTAC/TEOS摩尔比，明确了其对SiO2膜的影响。具体的制备流程分为4个环节，分别为经硅溶胶的制备、凝胶化、干燥与热处理，操作如下：在三口烧瓶中加入H2O、稀HCL与1/3的乙醇，配置为混合溶液，并加入定量的CTAC，搅拌后，完全溶解，剧烈搅拌后，加入TEOS与1/3乙醇的混合液，滴速为3mL/min，在室温环境下，搅拌5h；此后，将硅溶胶放置在疏水性塑料培养皿中，室温下，获取湿凝胶膜，干燥12h后，放置在60℃真空烘箱内，干燥1h，去除乙醇与水，再将凝胶膜放置在马弗炉内，升温处理，速度为0.5℃/ min，加热至600℃，恒温3h，待炉温冷，移至室温，以便于分析。SiO2膜的表征观察使用透射电子显微镜，将样品进行研磨，使其成为微米级大小，并对其进行超声处理，再滴之铜网上观察。

SiO2膜的介孔有序性，传统制备方法中获得的SiO2膜无定形态，而利用模板法后，SiO2膜存在有序介孔结构，结合XRD谱图可知，不同的CTAC/TEOS摩尔比下，所有样品均拥有强衍射峰，其显示，CTAC加入后，促进了有序介孔生成。此外，随着CTAC/TEOS摩尔比增大，衍射峰强度随之改变，并具有一定的规律性，前者在0.05～0.15时，衍射峰强度较强，而其在0.15～0.35时，衍射峰强度较低，其中最强为CTAC/ TEOS=0.15。根据衍射峰变化可知，介孔结构呈有序性改变。

SiO2膜的孔径分布，经分析显示，CTAC/TEOS摩尔比不同时，SiO2膜的比表面积、孔体积及介孔比率各异。CTAC/ TEOS摩尔比为0.35时，比表面积与孔体积均相对较高，同时有序介孔SiO2膜的孔径在2～3nm，呈单一分布。

此后，本研究在制备SiO2膜中运用了旋涂法。实验显示，采用不同的CTAC/TEOS摩尔比，硅溶胶涂膜2次后，明确了SiO2膜对H2与N2渗透通量，当CTAC/TEOS摩尔比为0.35时，气体渗透量最大，其余上述结果一致。同时，不同涂膜次数后，分别进行了4次与6次试验，其结果为气体渗透量呈下降趋势。次结果表明，通过膜的机理经由努森扩散控制，顶层膜无较大的裂纹与孔洞。此结果对SiO2膜的制备有着积极的意义。

3 结论

综上所述，SiO2膜作为无机膜，其可应用于各个领域，但因制备困难，导致其缺少高选择性，为了提高其质量，本文采用了模板法机进行了制备研究，取得了显著成效，实验证实，有序介孔SiO2膜的孔径在2～3nm，呈单一分布，孔体积随着CTAC/TEOS摩尔比增加而增大，CTAC/TEOS摩尔比为0.35时，SiO2膜的渗透率最大。

［1］ 王丽.模板法研制有序介孔SiO2膜及其性能表征［D］.天津大学，2003.

Template Development Ordered Pore and Characterization of SiO2film

Xu Xiu-ling

In this paper，template method，developed mesoporous SiO2film explores its characterization.In the study using TEOS（TEOS）and cetyl trimethyl ammonium chloride（CTAC），on the dense substrate is developed mesoporous SiO2membrane were observed CTAC/TEOS molar ratio of aperture orderliness impact mesoporous SiO2fi lm and experimental results confi rmed that the mesoporous SiO2 membrane pore size in 2～3nm，showed a single distribution，pore volume with CTAC/TEOS molar ratio increases and increases，CTAC/TEOS molar ratio of 0.35，the amount of SiO2membrane permeability maximum.

template method；ordered mesoporous；SiO2fi lm；Characterization

O613.72

A

1003-6490（2016）07-0114-01

2016-07-06

许秀玲（1979—），女，山东寿光人，助理讲师，主要从事化学教学工作。