氨基功能化SBA-15的直接合成及其對CO2的吸附性能研究

郝仕油 肖 強 鐘依均 朱偉東＊, 楊 輝

(1浙江大學材料科學與工程學系，杭州 310027)(2浙江師范大學物理化學研究所，先進催化材料省部共建教育部重點實驗室，金華 321004)

氨基功能化SBA-15的直接合成及其對CO2的吸附性能研究

郝仕油1,2肖 強2鐘依均2朱偉東＊,2楊 輝＊,1

(1浙江大學材料科學與工程學系，杭州 310027)(2浙江師范大學物理化學研究所，先進催化材料省部共建教育部重點實驗室，金華 321004)

通過直接法合成了氨基功能化SBA-15介孔材料。使用X-射線粉末衍射法(XRD)，N2吸-脫附，透射電子顯微(TEM)等技術(shù)對氨基功能化材料進行了表征。實驗結(jié)果表明：當反應(yīng)原料中nAPTES/(nAPTES+nTEOS)≤0.20時，APTES功能化的材料都具有典型的介孔SBA-15結(jié)構(gòu)；但當nAPTES/(nAPTES+nTEOS)≥0.225時，由于氨基對SBA-15結(jié)構(gòu)的副作用導(dǎo)致SBA-15介孔結(jié)構(gòu)坍塌。在氟離子輔助合成下可以獲得高含量氨基(反應(yīng)原料中nAPTES/(nAPTES+nTEOS)的比值為0.25)功能化的SBA-15材料，且此材料中的介孔孔徑和BET比表面積都較大。CO2吸附結(jié)果表明，隨著反應(yīng)原料中APTES含量提高，所合成的材料對CO2的吸附量相應(yīng)增加，同時在101 kPa和25℃下，通過氟離子輔助合成的材料對CO2的吸附量遠遠優(yōu)于無氟離子輔助合成材料的。本研究還對后嫁接法和直接合成法獲得氨基功能化SBA-15介孔材料的優(yōu)缺點進行了討論。

SBA-15；直接合成；CO2吸附；APTES；氟離子

CO2作為主要的溫室氣體，其在大氣中的含量與日俱增，造成嚴重的溫室效應(yīng)，因此降低CO2在大氣中的濃度是當今全球熱議的話題之一[1]。目前分離與捕獲CO2的主要方法有液相吸收法[2-3]，膜分離法[4]，固態(tài)吸附法[5-6]。其中液相吸收法存在腐蝕設(shè)備[2]、吸收劑在有氧條件下易降解等相關(guān)問題[3]；膜分離法存在著分離效率低、膜放大困難等問題；固態(tài)吸附法因可克服上述問題而倍受研究者的青睞。

在固態(tài)吸附劑中，氨基功能化介孔氧化硅材料由于吸附CO2后可形成低溫下易分解的氨基甲酸鹽及碳酸氫鹽[7-9]，因此引起了科研工作者的廣泛關(guān)注。氨基功能化SBA-15固態(tài)吸附劑由于比表面積大、孔容高、孔道均一等優(yōu)點因而頗受關(guān)注[10-11]。氨基功能化SBA-15的合成方法通常為嫁接法[10-11]和直接法[12-13]兩種。嫁接法由于可較大程度提高SBA-15表面的氨基含量，從而可提高吸附CO2的堿性位數(shù)量，因而近年來研究較多。如Liu等[14]利用三乙醇胺(TEA)修飾的SBA-15作為吸附劑，吸附分離模擬天然氣中的CO2，研究結(jié)果表明，TEA修飾表面后基本不會改變SBA-15的有序程度，且修飾后的吸附劑對CO2具有較高的吸附量，對CO2和CH4的分離系數(shù)可高達7。Hiyoshi等[15]利用H2N(CH2)2NH(CH2)3Si(OCH3)、H2N(CH2)2NH(CH2)2NH(CH2)3Si(OCH3)3、H2N(CH2)3Si(OCH2CH3)3等為嫁接劑分別對SBA-15進行嫁接，獲得了氨基功能化的SBA-15吸附劑，研究表明該吸附劑對CO2的吸附基本不受水的影響，且CO2吸附量與表面氨基濃度有關(guān)，氨基濃度越大，CO2吸附量越高。為了提高氨基含量，研究者經(jīng)常在吸附劑中嫁接多氨基有機物以提高CO2的吸附量[16-19]。嫁接法雖然可使介孔材料表面氨基濃度達到較高值，但在嫁接過程中存在以下問題：一、嫁接法通常經(jīng)過兩步反應(yīng)合成目標產(chǎn)物，因而消耗時間較長；二、隨著被嫁接物質(zhì)數(shù)量的增加，所合成材料的孔道越來越小，有時甚至被堵塞；三、很難控制嫁接物質(zhì)的負載量及負載位置[12]。直接合成法由于可使氨基均勻分布于孔道表面從而有利于CO2擴散、傳輸及吸附，同時由該法獲得的材料孔道均勻、比表面積大且表面氨基含量較高[13]，因而可提高CO2的吸附量。然而在直接合成過程中，當反應(yīng)原料中功能化物質(zhì)含量達到一定值后，原有的介孔結(jié)構(gòu)就會遭到破壞[12-13]。在氨基功能化SBA-15的直接合成中，為了改善介孔結(jié)構(gòu)的有序度，Wei等[20]以nAPTES/(nAPTES+nTEOS)的物質(zhì)的量比為0.1的體系為研究對象(TEOS：正硅酸乙酯，APTMS：3-胺丙基三甲氧基硅烷)，考察了TEOS預(yù)水解、反應(yīng)體系陳化時間和反應(yīng)溫度等對介孔材料有序度的影響。研究表明，在TEOS預(yù)水解2 h和反應(yīng)溫度為50或120℃時，適當延長陳化時間有利于提高氨基功能化SBA-15介孔材料的有序度。在已報道的關(guān)于直接合成介孔氨基功能化SBA-15的過程中，為了獲得有序度較高的材料，氨基功能化物質(zhì)(如APTES，APTMS)在反應(yīng)原料中的含量一般都較低[12-13,20]，那么是否有其它方法可使反應(yīng)原料中氨基功能化物質(zhì)含量較大，且通過直接法合成后，獲得的材料有序度又較高呢?

為了解決以上問題，我們在APTES(3-胺丙基三乙氧基硅烷)直接功能化SBA-15介孔材料的合成體系中添加一定量的F-，在基本保持SBA-15原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提高了材料中氨基的含量，從而提高材料對CO2的吸附量。本研究在分析相關(guān)材料性能的基礎(chǔ)上，對CO2的吸附性能進行了解釋；對比分析了直接合成法與后嫁接法在氨基功能化SBA-15材料方面的優(yōu)缺點；同時對F-在直接合成中能夠提高SBA-15材料中氨基含量進行了探討。

1 實驗部分

1.1 主要試劑

TEOS(98%，Acros試劑集團)，APTES(95%，Acros試劑集團)，P123(化學純，Sigma-Aldrich 公司)，無水乙醇(化學純，上海國藥化學試劑集團)，乙醇胺(化學純，上海國藥化學試劑集團)，二次蒸餾水(自制)。

1.2 樣品制備

1.2 g P123溶于 36 g(2 mol·L-1)HCl后加入 9 g蒸餾水攪拌30 min，混合液置于40℃水浴中磁力攪拌1 h后慢慢滴加2.7 mL正硅酸乙酯(TEOS)，上述反應(yīng)體系在40℃下預(yù)水解1 h后逐滴加入一定量的APTES繼續(xù)攪拌24 h?；旌弦褐械淖罱K物質(zhì)的量比為 nP123∶nHCl∶nH2O∶nTEOS∶nAPTES=0.017∶6.3∶121.4∶(1-x)∶x(x=0，0.05，0.10，0.15，0.20，0.225，0.25，0.30)。 當考察氟離子對材料結(jié)構(gòu)的影響時，在加入APTES一定時間后再加入一定量的NH4F，此時x=0.25和030，F(xiàn)與Si的物質(zhì)的量比為0.3。上述混合液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜后在100℃下晶化24 h再經(jīng)抽濾、水洗、堿洗、乙醇洗滌、80℃烘干后得到白色的預(yù)產(chǎn)物，當x=0時，預(yù)產(chǎn)物為純SBA-15。預(yù)產(chǎn)物經(jīng)回流萃取、60℃烘干后可得到不同含量氨基功能化的SBA-15樣品。萃取步驟為：1 g預(yù)產(chǎn)物溶解在H2NC2H4OH(19.82 mL)和 C2H5OH(80.18 mL)的混合液中，經(jīng) 90℃回流萃取12 h后再重復(fù)萃取一次。

1.3 樣品表征

XRD圖在X射線衍射儀(PW3040/60型)上獲得，Cu Kα(λ=0.15406 nm)，40 kV，40 mA，掃描速度6°·min-1，掃描區(qū)間 0.5°～5°。-196 ℃時 N2吸附-脫附等溫線在ASAP 2020型(美國 Micromeritics公司)氣體吸附儀上獲得，測試壓力范圍為0.01～101 kPa。采用BET方法計算比表面積，利用吸附等溫線數(shù)據(jù)和BJH方法計算孔徑分布。TEM圖像在透射電子顯微鏡(JEM-1230型，日本JEOL公司)上獲得，工作電壓為200 kV。N元素含量測定在Vario ELⅢ型元素分析儀(德國Elemeraor公司)上進行，氧化爐溫度為1150℃，還原爐溫度為850℃。

1.4 CO2吸附

CO2吸附等溫線在 ASAP 2020型 (美國Micromeritics公司)吸附儀上獲得(其中在F-輔助下合成的材料用磷酸氫鈣法脫氟處理[21]后進行CO2吸附實驗)。在進行CO2吸附實驗前對樣品進行預(yù)處理，預(yù)處理的條件為：0.25 g左右的樣品在120℃下抽真空處理12 h。

2 結(jié)果與討論

2.1 材料結(jié)構(gòu)與性能表征

圖1為用不同數(shù)量APTES(x≤0.20)的反應(yīng)原料所合成的氨基功能化SBA-15樣品的XRD圖，從圖中可以看出，合成材料在0.5°～2°之間有3個明顯的衍射峰，說明相應(yīng)材料均具有高度有序的介孔結(jié)構(gòu)。同時據(jù)圖1可知，當x≤0.10時，隨著反應(yīng)原料中APTES含量提高，材料XRD的衍射峰強度沒有明顯降低，說明此時APTES中的氨基對SBA-15結(jié)構(gòu)的形成沒有明顯的副作用；當x=0.15時，合成材料XRD的衍射峰強度明顯降低，證明APTES含量達到一定值后其中的氨基對SBA-15介孔的形成有一定的副作用[12-13]。從圖1還可發(fā)現(xiàn)，隨著APTES含量不斷提高，材料(100)晶面衍射峰向高角度方向有輕微的移動。 根據(jù) Bragg衍射方程：2dsinθ=nλ(θ為衍射角，λ=0.1541 nm，d 為晶面間距) 可知，d 值隨著APTES含量不斷提高而降低，證明材料孔徑不斷降低，此結(jié)論與表1中的數(shù)據(jù)相吻合。圖2為反應(yīng)原料中APTES含量較高時合成材料的XRD圖。據(jù)圖2可知，在無F-存在的體系中，當x為0.225和0.25時，所合成的樣品均不具有有序結(jié)構(gòu)；當x=0.25時，在特定時間向反應(yīng)體系中加入一定量的F-后，所獲得的樣品為有序的SBA-15結(jié)構(gòu)，此時除(100)外，(200)晶面衍射峰也較明顯。以上實驗結(jié)果說明F-在合成高含量氨基功能化的SBA-15材料中起到一定的輔助作用，但當APTES含量繼續(xù)提高(x≥0.30)時，樣品又呈現(xiàn)長程無序結(jié)構(gòu)(見圖2中的XRD曲線)，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的可能原因是此時氨基對SBA-15結(jié)構(gòu)形成的副作用大于F-的輔助合成作用。

圖1 不同數(shù)量APTES功能化SBA-15的XRD圖Fig.1 XRD patterns of SBA-15 functionalized with different APTES contents

圖2 F-對高含量APTES功能化SBA-15結(jié)構(gòu)的影響Fig.2 Effects of F-on the structure of SBA-15 functionalized with high APTES contents

氨基對SBA-15介孔結(jié)構(gòu)的形成具有副作用的可能原因有：第一，酸性介質(zhì)中氨基易被質(zhì)子化，質(zhì)子化的氨基易與硅酸鹽中的羥基偶聯(lián)從而導(dǎo)致局部結(jié)構(gòu)紊亂[13]；第二、端氨基質(zhì)子化后易與Si-OH形成-NH3+…-OSi結(jié)構(gòu)從而阻止P123與硅酸鹽的直接結(jié)合，導(dǎo)致更少介孔的產(chǎn)生[13]；第三、隨著APTES含量增加，反應(yīng)體系pH值不斷提高，當反應(yīng)體系pH值增加后，氧化硅前驅(qū)物的縮聚速率大于水解速率從而導(dǎo)致前驅(qū)物水解不完全[22]，因此得不到結(jié)構(gòu)有序的SBA-15。F-由于半徑小、電子云密度高，因此是一種良好的親核試劑。當在反應(yīng)體系中引入F-后可加速氧化硅前驅(qū)物的水解[23-26]，同時在酸性介質(zhì)中F-可作為催化劑促進氧化硅前驅(qū)物的聚合作用[26-27]，因而有利于SBA-15介孔材料的形成。據(jù)以上分析可推測，在高含量APTES體系中加入F-后易合成SBA-15介孔結(jié)構(gòu)的原因可能與下列因素有關(guān)：第一，F(xiàn)-可通過靜電作用方式與質(zhì)子化的氨基形成-NH3+…F-結(jié)構(gòu)，從而可使更多的SiOH2+與表面活性劑P123的結(jié)合，另一方面由于-NH3+…F-結(jié)構(gòu)的形成可以阻止質(zhì)子化的氨基與硅酸鹽中羥基偶聯(lián)的發(fā)生，同時也可以阻止-NH3+…-OSi結(jié)構(gòu)的形成；第二，由于F-可加速氧化硅前驅(qū)物的水解，所以在pH值相對較高的體系中氧化硅前驅(qū)物水解也比較完全。

不同數(shù)量APTES功能化SBA-15的N2吸-脫附等溫線見圖3。從圖3可知，當x從0.05提高至0.15 時， 樣品在 p/p0=0.60～0.83 區(qū)間內(nèi)有一明顯的吸附突躍，此突躍源自于多層吸附后介孔中的毛細凝聚現(xiàn)象；當x提高至0.20時，發(fā)生毛細凝聚現(xiàn)象的區(qū)間負移至p/p0=0.45～0.75之間， 表明樣品孔徑變小，與XRD分析結(jié)果一致。然而在反應(yīng)體系中引入 F-后，所合成樣品(x=0.25)的 N2吸-脫附等溫線與x=0.05時氨基功能化SBA-15的相似，且在F-輔助下合成的樣品孔徑分布范圍窄，孔徑較大，出現(xiàn)此現(xiàn)象可能與F-加入后阻止了-NH3+…OSi的結(jié)合有關(guān)，因為此時可使更多的P123與SiOH2+結(jié)合從而保持SBA-15原有的結(jié)構(gòu)。從圖4可看出，在無F-輔助合成下，隨著反應(yīng)原料中APTES含量提高，樣品孔徑逐漸降低，而在F-輔助下合成樣品的孔徑相對較大。所有樣品的平均孔徑、BET比表面積、孔容、N元素分析等性能見表1。

圖3 -196℃時不同數(shù)量APTES功能化SBA-15的N2吸-脫附等溫線Fig.3 N2adsorption-desorption isotherms on the SBA-15 functionalized with different APTES contents at-196℃

圖4 不同數(shù)量APTES功能化SBA-15的BJH孔徑分布圖Fig.4 BJH pore size distribution plots of SBA-15 functionalized with different APTES contents

表1 不同數(shù)量APTES功能化SBA-15樣品的性能Table 1 Properties of SBA-15 functionalized with different APTES contents

圖5為不同數(shù)量APTES功能化SBA-15的TEM 圖像 (a：x=0.05，b：x=0.10，c：x=0.25，d：x=0.30。x=0.15和 0.20時所合成的氨基功能化 SBA-15樣品，具有與a，b，c類似的TEM 圖像)。據(jù)TEM 圖像可知，當 x=0.05～0.25 時，所合成的樣品均具有高度有序的介孔結(jié)構(gòu)；且在F-輔助下合成的樣品，與不加入F-時所合成樣品具有相似的結(jié)構(gòu)，此現(xiàn)象與X RD和N2吸-脫附等溫線分析結(jié)果相吻合，證明在APTES含量較高的反應(yīng)體系中引入F-后，可在一定范圍內(nèi)抵消由氨基引起的負面效應(yīng)，從而可獲得高度有序的氨基功能化SBA-15介孔材料；但當x=0.30時，所合成樣品的有序度急劇下降，從圖5d可知，該樣品基本呈無定形，與XRD表征結(jié)果一致。

圖5 不同數(shù)量APTES功能化SBA-15的TEM照片F(xiàn)ig.5 TEM images of SBA-15 functionalized with different APTES contents

2.2 CO2的吸附性能

25℃時，不同數(shù)量APTES功能化SBA-15材料對CO2的吸附等溫線見圖6。據(jù)圖6可知，當x=0.05，0.15，0.20，0.25 時，隨著反應(yīng)原料中 APTES 含量不斷提高，樣品在整個吸附壓力范圍內(nèi)對CO2的吸附量不斷增加。據(jù)表1元素分析數(shù)據(jù)可知，隨著反應(yīng)體系中APTES含量提高，樣品2～6中的氨基數(shù)量相應(yīng)增加，所以對CO2吸附的堿性位增多，因而樣品對CO2的吸附量不斷增加。結(jié)合表1和圖6中的數(shù)據(jù)可推知，在整個吸附壓力范圍內(nèi)，CO2的吸附量與材料中的氨基并無明顯的線性關(guān)系，因為CO2吸附包括物理和化學兩種作用，只有化學吸附作用與吸附劑中的氨基含量有關(guān)。據(jù)圖6可看出，在 0.5～20 kPa 范圍內(nèi)，樣品 2、4、5、6 對 CO2的吸附量隨壓力增加而迅速增加，說明這一區(qū)間主要以較強的化學吸附作用為主，當吸附壓力超過20 kPa時，隨著吸附壓力增加，所有樣品對CO2吸附量的增幅較小，這可能與此區(qū)間主要以較弱的物理吸附作用有關(guān)；在F-輔助下合成的樣品不但在0.5～20 kPa區(qū)間內(nèi)對CO2的吸附量大，且在整個吸附過程中，對CO2的吸附量也遠遠大于其它樣品的，在101 kPa時吸附量高達2.23 mmol·g-1，此值高于同條件下相應(yīng)文獻報道的吸附量[10,28-29]。出現(xiàn)上述現(xiàn)象可能與下列因素有關(guān)：第一，由于F-可促進TEOS和APTES水解從而充分利用反應(yīng)原料，同時在酸性介質(zhì)中F-還可以促進水解產(chǎn)物之間及水解產(chǎn)物與反應(yīng)原料(TEOS和APTES)之間的聚合從而可使更多的APTES與基體SiO2相連接，此結(jié)論也可從表1中的數(shù)據(jù)推出[據(jù)表1可知，在由F-輔助下合成的樣品中，APTES與SiO2基體相結(jié)合的比例 (95.5%)遠遠大于其他樣品的(80%左右)]，因此萃取后獲得的介孔材料中氨基數(shù)量增加，相應(yīng)堿性位數(shù)量提高；第二，SBA-15的形成機制為(S0H+)(X-I+)[30]，其中S0為 P123，X-為相應(yīng)的陰離子 (如 Br-，NO3-等)，I+為TEOS在酸性介質(zhì)中水解產(chǎn)物的質(zhì)子化形式；本研究中X-為Cl-，當在反應(yīng)體系中引入F-后，由于F-的電負性比Cl-的大，因此易使I+與F-結(jié)合形成(F-I+)結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)與(S0H+)結(jié)合形成(S0H+)(F-I+)連接體，因此更多的P123可通過F-為橋梁與基體SiO2相結(jié)合，萃取后獲得的材料孔徑大、孔容高、BET值大(具體數(shù)據(jù)見表1)，有利于氨基在孔道內(nèi)表面的分散，從而有利于CO2的吸附。為了說明氨基及材料有序度對CO2吸附的影響，本研究考察了x=0和0.30兩種樣品對CO2的吸附情況，詳見圖6。從圖6可知，純SBA-15在0.5～20 kPa區(qū)間內(nèi)，對 CO2的吸附量隨壓力增加并不像樣品2、4、5、6那樣迅速增加，而是在整個壓力范圍內(nèi)，CO2的吸附量與壓力之間基本呈線性關(guān)系，證明在純SBA-15材料中，CO2的吸附基本為物理吸附作用，而在氨基功能化SBA-15材料中，CO2的吸附同時包括物理和化學作用。據(jù)圖6可知，當x=0.3時，所合成的樣品在整個吸附壓力范圍內(nèi)對CO2的吸附量均較低，出現(xiàn)此結(jié)果可能與下列因素有關(guān)：第一，樣品的有序度較低(XRD和TEM圖像可證明)；第二，該樣品的孔容、比表面積、平均孔徑等值均低于樣品 2、3、4、5、6 的，且樣品中氨基含量較低(具體見表1中的數(shù)據(jù))。

圖6 25℃時不同數(shù)量APTES功能化SBA-15對CO2的吸附等溫線Fig.6 Adsorption isotherms of CO2on SBA-15 functionalized with different APTES contents at 25℃

圖7是不同溫度下，樣品(x=0.25)對CO2的吸附等溫線。據(jù)圖7可知，隨著吸附溫度提高，該樣品在相同壓力下對CO2的吸附量不斷降低，因為溫度升高后，降低了吸附質(zhì)與吸附劑間的相互作用力。

圖 7 不同溫度下(25、50、75 ℃)APTES(x=0.25)功能化SBA-15的CO2吸附等溫線Fig.7 Adsorption isotherms of CO2on SBA-15 functionalized with APTES(x=0.25)at different temperatures(25,50,75℃)

25℃時，用不同方法合成的APTES功能化SBA-15對CO2的吸附性能見表2。據(jù)表2中的數(shù)據(jù)可知，在吸附CO2的過程中，若以CO2(mmol·g-1)/N(mmol·g-1)值來衡量，在后嫁接法和直接合成法獲得的樣品中，氨基利用率基本一致 (因為此時兩者的CO2/N比值都為0.53)。據(jù)此可推知，只要吸附劑質(zhì)構(gòu)性能(textural properties，如孔容、比表面積、孔徑等)相似，則相同條件下，利用這兩種方法獲得相同數(shù)量氨基功能化的SBA-15材料對CO2的吸附量應(yīng)基本相似。據(jù)表2可知，在氨基功能化的過程中，后嫁接法所需要的APTES量比直接法的要多好幾倍(如文獻[10]中所需要的APTES量是本研究中的4倍左右)，因此利用直接合成法獲得相同數(shù)量氨基功能化SBA-15材料時，可較大幅度地節(jié)約成本。同時在后嫁接過程中，通常需使用甲苯作溶劑對SBA-15進行水解，以獲得一定數(shù)量的羥基，因此也會增加合成成本，且污染環(huán)境。

表2 不同方法合成的APTES功能化SBA-15在25℃和101 kPa時對CO2的吸附性能Table 2 Adsorption properties of CO2on APTES functionalized SBA-15 synthesized with two different methods at 25℃and 101 kPa

3 結(jié) 論

通過改變反應(yīng)原料中APTES含量可獲得不同數(shù)量氨基功能化的介孔SBA-15材料。在無F-體系中合成的材料隨著孔道內(nèi)氨基數(shù)量不斷增加，材料平均孔徑不斷減小，比表面積和孔容不斷降低，但由于材料表面堿性位數(shù)量提高，所以材料對CO2的吸附量不斷提高。由于氨基對SBA-15結(jié)構(gòu)的形成具有一定的副作用，所以當反應(yīng)原料中APTES含量達到一定值時就得不到氨基功能化的SBA-15介孔結(jié)構(gòu)。F-可以促進TEOS和APTES水解及水解產(chǎn)物的縮聚，同時引入F-后可形成(S0H+)(F-I+)作用機制，所以在F-的輔助下可合成氨基含量相對較高的SBA-15介孔材料，此材料不但孔徑較大，且比表面積和孔容也較高，因而對CO2的吸附性能遠遠優(yōu)于沒有添加F-時合成材料的。由于用直接合成法獲得相近數(shù)量氨基功能化SBA-15材料所需APTES的量低于后嫁接法的，所以可降低材料合成的成本。

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One-Pot Synthesis of Amino-Functionalized SBA-15 and Their CO2-Adsorption Properties

HAO Shi-You1,2XIAO Qiang2ZHONG Yi-Jun2ZHU Wei-Dong＊,2YANG Hui＊,1
(1Department of Materials Science and Engineering,Zhejiang University,Hangzhou 310027)(2Key Laboratory of the Ministry of Education for Advanced Catalysis Materials,Institute of Physical Chemistry,Zhejiang Normal University,Jinhua,Zhejiang 321004)

Amino-functionalized SBA-15 mesoporous materials were synthesized by a one-pot strategy.The synthesized materials were characterized by different techniques such as XRD,N2adsorption-desorption,and TEM.The results show that all the obtained materials have a typical meso-SBA-15 structure when the molar ratios of APTES to (APTES+TEOS)in the synthetic solutions are below 0.20,while the meso-structure could be collapsed when these ratios are more than 0.20 because of the adverse effect of amino groups on the formation of SBA-15.However,with the aid of fluoride ions,even at a molar ratio of APTES to (APTES+TEOS)of 0.25,the amino-functionalized SBA-15 mesoporous material with a larger pore size and a higher BET surface area could be synthesized.The results from CO2adsorption on the synthesized amino-functionalized SBA-15 mesoporous materials show that under the same conditions the adsorbed amount of CO2increases with increasing the APTES amount in the synthetic solution and the amino-functionalized SBA-15 mesoporous material synthesized with the aid of fluoride ions has a higher amount adsorbed for CO2adsorption at 101 kPa and 25℃,compared to those prepared without introduction of fluoride ions.The advantage and disadvantage of grafting and one-pot synthesis strategies to obtain amino-functionalized SBA-15 mesoporous materials are also discussed in this study.

SBA-15;one-pot synthesis;CO2adsorption;APTES;fluoride ions

O614.13；TF123.7

A

1001-4861(2010)06-0982-07

2009-12-21。收修改稿日期：2010-03-18。

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目-973計劃前期研究專項(No.2009CB626607)資助。

＊通訊聯(lián)系人。 E-mail：weidongzhu@zjnu.cn，yanghui@zju.edu.cn

郝仕油，男，37歲，博士研究生，副教授；研究方向：多孔材料合成及其性能研究。