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微波辐射一步法合成氯丙基官能化介孔分子筛MCM-41摘要：氯丙基官能化介孔分子筛MCM-41（MCM-41（CH 2）3CL）的合成在碱性介质中通过themicrowave辐射一锅法，使用了十六烷基三甲基溴化铵为模板剂，正硅酸乙酯为硅源，和氯丙（ClPTES）作为偶联剂。MCM-41（CH 2）3CL的显微组织的特征是X-射线衍射（XRD）的装置来表征，氮素吸收，解吸，傅里叶变换红外光谱（FT-IR），扫描电子显微镜（SEM），和透射电子显微镜（TEM）。结果表明，获得了成功的合成MCM-41（CH2）3CL与阱结构。最佳微波功率为120 W和微波最佳时间是50分钟。氯丙上氯丙基官能化的MCM-41的结构的用量也进行了研究。结果发现，0.8毫升和1.6毫升之间氯丙体积是有利的高度有序的MCM-41-（CH 2）3氯细微结构的形成。关键词：微波;一步法合成;氯丙基;修改;MCM-411引言该M41S系列介孔分子筛（MMS）已首先由mobil自1992年推出1。由于其独特的性能，介孔分子筛具有催化2在较好的应用潜力，发光材料3，吸附4，载药5等。特别地，MCM-41是因为它那井然有序的二维通道结构的最广泛使用的彩信。MCM-41是通过溶胶 - 凝胶方法合成的，涉及两个步骤的附聚方法6（例如，使用正硅酸乙酯作为硅源），如下所示。水解过程：的Si（OC2H5）4 + xH2O的（CHO）3-X-的Si-（OH）X + xC25OH，结晶过程：SiOC2H5+SiOHSiOSi+C2H5OHSiOH+SiOHSiOSi+H2O，如今，介孔材料一般都用传统的水热法合成的，其具有耗时和能量消耗的缺点。另外，高温有利于形成非晶结构。然而，使用微波法可以大大缩短反应时间，使加热更均匀，并促进硅源核模板的表面上，以使结晶化速度的增加和高品质样品可以得到7-8。另一方面，有机官能团接枝到表面和MMS的通道可以改善其表面特性，这使得它这样一种广泛使用的材料9-10。MMS可以是有机官能通过逐步合成和一步法合成技术。一步法合成的优越性，可分类如下：改良嫁接的程度11，表面均匀覆盖12，有机官能团13，简单的合成方法，一点反应时间等更好的表面稳定。在这项工作中，一步法的方法报道准备氯丙基官能化介孔分子筛MCM-41（MCM-41（CH 2）3CL）下的微波辐射。所得到的材料进行进一步的特征在于多个光谱技术，因此，它是一种非常有价值的，并且可以扩展由我们的方法来合成其他有关材料。2实验2.1制备MCM-41 图1显示了合成的机制。0.5克CTAB溶解于500毫升水中，然后3.5毫升图1 为 MCM-41-(C2)3 Cl 的合成路线2.0摩尔/ L的NaOH溶液，搅拌10分钟。4毫升TEOS加入到溶液中，并搅拌3小时，将混合物在120瓦特加载到微波炉中并加热50分钟，将所得的固体过滤，并用去离子水漂洗。然后将其在60下干燥。在此之后，将干燥的样品加热到600并保持用于除去模板6小时（CTAB）。2.2制备MCM-41（CH 2）3CL0.5克CTAB溶解于500毫升水中，然后3.5毫升2.0摩尔/ L的NaOH溶液，搅拌10分钟。 4毫升TEOS和0.8毫升ClPTES中加入 搅拌3小时，并且将混合物在120瓦特加载到微波炉中并加热50分钟，该溶液将所得的固体过滤，并用去离子水漂洗。在这之后，在60下干燥单因素分析来确定最佳的合成条件下，进行详细的参数示于表1中。1克干燥的样品溶解在盐酸和醇（V / V= 1:9）与炖的100毫升混合物在80下24小时然后将其过滤并用醇。在这之后，进行干燥，在60和MCM-41-（CH 2）3CL得到。2.3表征材料的结构和结晶度用X射线衍射（XRD，日本理学D / MAX-IIIC），采用CuK辐射确定。N2吸附 - 脱附等温线的分析和孔径的刻画都用3H-2000型全自动比表面积分析仪获得。里叶变换红外光谱（FT-IR）是在美国Nicolet5DX/550II进行。热重分析 - 差热分析（TGA-DTA）对岛津DTG-60H进行从室温到1000，以10/ min的加热速率。的形貌和结构进行了表征，用扫描电子显微镜（SEM，JSM-6490LV）和透射电子显微镜（TEM，Tecnai20）。不同的合成方法见表1详细参数3结果与讨论3.1在不同微波功率分析合成MCM-41（CH 2）3CL 的XRD图2显示了MCM-41-（CH 2）3CL的XRD图谱在不同的高度的微波功率的合成。如观察到的，除了D110和D200的衍射峰，有一尖锐D100衍射峰在2时，微波功率为120瓦，这表明高度有序介观结构14-15 = 2-4的范围内。然而，只有一个弱峰，当微波功率小于120瓦。这是因为在结晶过程中是不足是由于溶液在低微波功率水平加热不足，从而导致较少的有序结构。随着微波功率，峰值没有找到。这是可能的高回流温度会破坏MCM-41（CH 2）3CL的有序结构，留下无定形产品。因此，最好的微波功率为120 W。图二 MCM-41（CH 2）3CL不同层次的微波功率为30分钟的XRD图谱3.2 MCM-41（CH 2）3CLXRD分析在不同的微波合成时间图3显示了MCM-41（CH）3CL的XRD图谱在不同时间微波合成。可以看出，所有样品显示D100衍射 峰在2=23。其中4微波时间，在50分钟和120分钟表现出一个相对尖锐的衍射峰中合成的样品，表明有序 样本的信道结构。请注意，增加微波时间可能会增加晶化时间，这有利于正规渠道的形成。当回流时间长于50分钟时，时间 因素对制备的MCM-41-（CH 2）3CL的影响不大。因此，从节能的观点来看，50分钟是最佳的准备时间。相较于传统的水热法，微波合成介孔分子筛MCM-41不仅可以节省很多时间，但也得到了最终产品为good结构。图三 MCM-41（CH 2）3CL于下120瓦的功率不同微波时间的XRD图谱3.3 MCM-41（CH 2）3CL的X射线衍射分析，从ClPTES不同剂量的合成如示于图4中，有一个在MCM-41（CH 2）3CL的有序度从ClPTES不同剂量的合成的一个显着的区别。纯MCM-41 有最好的秩序，并保持较好的有序配加0.8毫升ClPTES。然而，可以明显地看出，整齐性趋于恶化而增加ClPTES的用量。加入6.4毫升ClPTES后，该材料转化为无定形状态。结果表明，引入过量30（摩尔分数）ClPTES将扰动的结晶过程，它难以形成胶束模板也是如此。3.4低温N2吸附/脱附分析 MCM-41的吸附/脱附等温线图四 MCM-41和MCM-41-（CH 2）3CL在ClPTES不同剂量的X射线衍射图谱和MCM-41 -（CH 2 ） 3CL用不同量ClPTES的示于图5， MCM-41样品与纯硅酸盐和MCM-41 （ CH23Cl制备0.8毫升和1.6毫升ClPTES显示的Langmuir IV吸附等温的，这与典型的中孔材料thelow温N2adsorption曲线一致。从表2中的数据，可以发现，所合成的材料能满足二维六角形模型。进一步的计算表明，改进的MCM- 41具有较小的孔量，但较厚的壁，这将导致从所述表面改性ClPTES的与MCM-41中的硅烷醇基团的组合装置。然而， MCM-41（CH 2） 3CL制备的3.2毫升ClPTES不显示典型的Langmuir IV吸附等温。相关计算结果表明，比表面积小，孔径越大16。此外，壁厚不能由二维六边形模型来确定。换句话说，合成材料是notMCM -41型中孔材料。因此，根据 上述分析，ClPTES与用量0.8-1.6毫升，更适合MCM-41（CH23的制备 。图五 MCM-41和MCM-41-（CH 2）3CL在ClPTES不同剂量的N2吸附 - 脱附曲线3.5 FT-IR分析 图6显示了MCM-41-（CH 2）3CL的红外光谱（120瓦，50分钟，ClPTES0.8毫升），MCM-41和ClPTES。据发现，该改性 MCM-41（CH 2）3CL表现ClPTES的特征峰，除了MCM-41。此外，的Si-OH在MCM-41-（CH 2）3CL分子筛的表面上的消失表明羟基已通过氯丙基改性。具体数据列于表3中。图六 MCM-41，ClPTES和MCM-41-（CH 2）3CL的 FT-IR图谱3.6 TGA-DTA分析图7显示了MCM-41和MCM-41-（CH 2）3CL的最佳工艺条件下制备的TGA-DTA曲线。当温度低于100，这是由于吸附的水分子筛的表面上的损失发生的MCM-41的相对密集的质量损失。另一方面，当 温度升高到100以上时，质量损失是由渠道内举行吸附的水造成的损失。作为脱水过程是吸热 过程中，有一个明显的吸热峰在72.15C的DTG曲线上。在MCM-41（CH 2）3CL，质量损失在约100的情况下，C对应于 所吸附的水的损失，而密集的质量损失在300以上对应于分解。表一 红外光谱的结果氯丙基，从表面改性的MCM-41。如所示的DTG曲线上，有一个放热峰在296.8，这表明分解过程是放热过程，和MCM-41-（CH 2）3CL已通过氯丙基被成功修改为好。此外，这两种材料显示出一定量的质量损失高于800时，由于中Si-OH的脱水。3.7 SEM和TEM分析图8显示了MCM-41和MCM-41-（CH 2）3CL，图的典型的SEM照片。图9示出MCM-41和MCM-41-（CH 2）3CL的典型TEM图 在最佳条件下合成。产品的形态和微结构是通过图详细研究。图8和图9，观察结果表明，该分散的MCM-41颗粒是规则球形形状，如图中所示。图8（a）和（b）所示。一个有序的两维通道六方结构的进一步的形态学特性示于图。 9，显然，这是一种典型的介孔结构。以及图图9（b）具有同样的结构与图。图9（a）所示。这表明，可以保持MCM-41中的信道结构由被修改后的 - （CH 2）3CL。因此，微波辐射一步合成可被用作合成MCM-41（CH 2）3CL的有效方法。图七 MCM-41的TGA和DTA曲线（a）和MCM-41（CH 2）3CL（二）图八 MCM-41中的SEM照片（a）和MCM-41（CH 2）3CL（二）图九 MCM-41的TEM照片（a）和MCM-41（CH 2）3（二）4结论1）MCM-41-（CH 2）3CL被成功地合成了在碱性介质