模板法研制有序介孔SiO2膜及其性能表征的研究

許秀玲

（濰坊科技學院，山東壽光 262700）

模板法研制有序介孔SiO2膜及其性能表征的研究

許秀玲

（濰坊科技學院，山東壽光 262700）

采用模板法研制了有序介孔SiO2膜，探討了其性能表征。在研究中采用了正硅酸乙酯（TEOS）與十六烷基三甲基氯化銨（CTAC），在致密基底上，研制了有序介孔SiO2膜，觀察了CTAC/TEOS摩爾比對SiO2膜孔徑及其介孔有序性的影響，實驗結果證實，有序介孔SiO2膜的孔徑在2～3nm，呈單一分布，孔體積隨著CTAC/TEOS摩爾比增加而增大，CTAC/TEOS摩爾比為0.35時，SiO2膜的滲透率最大。

模板法；有序介孔；SiO2膜；性能表征

目前，在醫藥、化工、生物等各個領域均廣泛應用著無機膜，其具有一系列的優點，如：良好的機械強度，耐高溫、耐高壓、抗酸堿腐蝕及細菌侵蝕等，但其缺點為較高的成本、較復雜的制備流程，從而降低了應用效果。隨著科學技術的發展，溶膠-凝膠法應用于無機膜分離，促進了其應用，但其仍缺少滲透性與選擇性。近幾年，模板法得到了人們的高度關注，其又稱仿生合成，將其用于無機多孔材料制備，保證了各孔道及孔徑具有了規整型與可調型。為了明確模板法的現實意義，本文探討模板法研制有序介孔SiO2膜及其性能表征，旨在為臨床實踐提供理論依據。

1 有序介孔SiO2膜制備的影響因素

SiO2膜的制備得到了社會各界高度關注，特別是在現今技術支持下，其應用愈加普遍。國外學者采用sol-gel法制備SiO2膜，經試驗研究，總結了制備策略，最為關鍵的便是有效控制膜孔徑與孔隙率，在操作過程中應防止裂縫、針孔及其他影響選擇性能的缺陷，使膜孔徑盡量維持在0.3～0.4nm，同時，保證孔容最大化、膜厚最小化。上述策略為無機膜研究指明了方向，但上述可操作性的技術，主要是因膜性能受諸多因素影響，具體如下：第一，摩爾比，在制備SiO2膜時，前驅物主要為TEOS、TMOS，其水解和縮聚反應確定了溶膠結構，而前驅物和水的比例對溶膠、凝膠等均有著直接的影響，國外學者經報道指出，摩爾比范圍在3.3～7.4之間時，SiO2膜的孔徑范圍為8.4～11.4。第二，pH值，酸或堿均影響著TEOS，對其Sol-Gel有著各異的催化作用，由于催化劑與pH值各異，隨之出現了結構、形態不同的膠體。第三，溶膠粘度，粘度是多種因素共同作用而引起的，如：溫度、pH值、模板劑等，如果粘度過大，則會影響涂膜厚度，使其不均勻，嚴重情況下，甚至會出現裂紋，從而影響了膜性能，同時，實驗時極易出現孔滲問題，為了避免其出現，可采取以下方法，如：在地膜孔內填充液體、提高涂層液粘度等［1］。

2 模板法研制有序介孔SiO2膜及其性能表征

在制備有序介孔SiO2膜過程中采用表面活性劑自組裝體，其優勢顯著，如：較大的比表面積、一致的孔尺寸、規整的孔道結構等，因此，其在吸附分離、光電納米材料等方面均擁有較廣闊的前景。

在實際制備時，選取TEO為無機前驅物，CTAC為有機膜板劑，溶劑為乙醇與水，在催化條件下，制備了有序介孔SiO2膜，同時研究了制備中的摩爾比，特別是CTAC/TEOS摩爾比，明確了其對SiO2膜的影響。具體的制備流程分為4個環節，分別為經硅溶膠的制備、凝膠化、干燥與熱處理，操作如下：在三口燒瓶中加入H2O、稀HCL與1/3的乙醇，配置為混合溶液，并加入定量的CTAC，攪拌后，完全溶解，劇烈攪拌后，加入TEOS與1/3乙醇的混合液，滴速為3mL/min，在室溫環境下，攪拌5h；此后，將硅溶膠放置在疏水性塑料培養皿中，室溫下，獲取濕凝膠膜，干燥12h后，放置在60℃真空烘箱內，干燥1h，去除乙醇與水，再將凝膠膜放置在馬弗爐內，升溫處理，速度為0.5℃/ min，加熱至600℃，恒溫3h，待爐溫冷，移至室溫，以便于分析。SiO2膜的表征觀察使用透射電子顯微鏡，將樣品進行研磨，使其成為微米級大小，并對其進行超聲處理，再滴之銅網上觀察。

SiO2膜的介孔有序性，傳統制備方法中獲得的SiO2膜無定形態，而利用模板法后，SiO2膜存在有序介孔結構，結合XRD譜圖可知，不同的CTAC/TEOS摩爾比下，所有樣品均擁有強衍射峰，其顯示，CTAC加入后，促進了有序介孔生成。此外，隨著CTAC/TEOS摩爾比增大，衍射峰強度隨之改變，并具有一定的規律性，前者在0.05～0.15時，衍射峰強度較強，而其在0.15～0.35時，衍射峰強度較低，其中最強為CTAC/ TEOS=0.15。根據衍射峰變化可知，介孔結構呈有序性改變。

SiO2膜的孔徑分布，經分析顯示，CTAC/TEOS摩爾比不同時，SiO2膜的比表面積、孔體積及介孔比率各異。CTAC/ TEOS摩爾比為0.35時，比表面積與孔體積均相對較高，同時有序介孔SiO2膜的孔徑在2～3nm，呈單一分布。

此后，本研究在制備SiO2膜中運用了旋涂法。實驗顯示，采用不同的CTAC/TEOS摩爾比，硅溶膠涂膜2次后，明確了SiO2膜對H2與N2滲透通量，當CTAC/TEOS摩爾比為0.35時，氣體滲透量最大，其余上述結果一致。同時，不同涂膜次數后，分別進行了4次與6次試驗，其結果為氣體滲透量呈下降趨勢。次結果表明，通過膜的機理經由努森擴散控制，頂層膜無較大的裂紋與孔洞。此結果對SiO2膜的制備有著積極的意義。

3 結論

綜上所述，SiO2膜作為無機膜，其可應用于各個領域，但因制備困難，導致其缺少高選擇性，為了提高其質量，本文采用了模板法機進行了制備研究，取得了顯著成效，實驗證實，有序介孔SiO2膜的孔徑在2～3nm，呈單一分布，孔體積隨著CTAC/TEOS摩爾比增加而增大，CTAC/TEOS摩爾比為0.35時，SiO2膜的滲透率最大。

［1］ 王麗.模板法研制有序介孔SiO2膜及其性能表征［D］.天津大學，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

許秀玲（1979—），女，山東壽光人，助理講師，主要從事化學教學工作。