2.2.8. Một số VLMQTB khung silica tiêu biểu

lượng lớn các nhóm silanol bề mặt vẫn tồn tại là điều kiện thuận lợi để chức năng hóa bên trong MQTB bằng các nhóm chức hữu cơ.

2.2.8. Một số VLMQTB khung silica tiêu biểu

2.2.8.1. Vật liệu mao quản trung bình SBA-15 a) Đặc điểm cấu trúc của SBA-15

SBA-15 là vật liệu MQTB tường silica SiO2, chất bột rắn xốp, màu trắng. - Cấu trúc dạng lục lăng, hệ thống mao quản hình trụ đồng đều, dạng cấu trúc p6mm (Hình 57); Quan hệ giữa cấu trúc lục lăng với giản đồ XRD của vật liệu MQTB được trình bày ở Hình 58. - Kích thước mao quản: đường kính từ 5-50 nm, thành mao quản dày 3-8 nm (tuỳ theo điều kiện tổng hợp); - Thể tích mao quản lớn, có thể đến 2.5 cm

3/g; - Diện tích bề mặt riêng lớn, khoảng 500-1500 m2/g; - Độ bền nhiệt và thủy nhiệt có thể đạt đến 8000C.

SBA-15 được tổng hợp từ chất tạo cấu trúc không ion P123 trong môi trường axit. P123 được tạo từ 3 chuỗi polyme: polyetylen oxit - polypropylen oxit polyetylen oxit, viết tắt là (PEO)x(PPO)y(PEO)x. Các polyme này tạo thành các mixen hình trụ có nhân là phần kị nước PPO, chính nhóm này tạo nên đường kính mao quản và phần ưa nước PEO hướng ra ngoài tương tác dạng So(IX)o với nguồn silic, phần này tạo nên độ dày thành mao quản.

(a) (b) Hình 57. Vật liệu MQTB SBA-15: (a) mô hình mao quản ống lục lăng; (b) Ảnh TEM của một mẫu SBA-15 tổng hợp [2]

Hình 58. Minh hoạ cấu trúc lục lăng của vật liệu MQTB theo XRD

b) Ứng dụng của SBA-15 - Chất hấp phụ: Với bề mặt riêng lớn (500-1500m2/g), kích thước mao quản rộng (so với zeolit) cho phép hấp phụ rất tốt và hấp phụ chọn lọc các phân tử có kích thước lớn. Đặc biệt SBA-15 còn có cấu trúc vi mao quản trên thành nên còn có khả năng phân tách các hydrocacbon nhẹ. Không những thế, người ta có thể tạo ra hai hệ mao quản này một cách độc lập với nhau, do đó có thể đưa các nhóm chức vô cơ hay hữu cơ khác nhau lên mỗi hệ mao quản từ đó tạo ra tính chất bề mặt khác nhau, ví dụ có thể giữ cho bề mặt MQTB có tính kị nước trong khi đó bề mặt vi mao quản có tính ưa nước.

- Chất nền: nhờ có độ bền nhiệt và thuỷ nhiệt cao (do thành mao quản dày) nên SBA-15 rất thích hợp làm chất nền (chất mang) trong các quá trình xúc tác ở điều kiện khắc nghiệt. Một số ví dụ: dùng SBA-15 làm chất nền cho quá trình đề hydrat hoá của propan-2-ol với xúc tác ZnO2; chất xúc tác Ni-WS2/SBA-15 cho hiệu suất cao hơn 1,4 trong quá trình xử lý lưu huỳnh bằng hiđrô dibenzothiophen và cao hơn 7,3 lần trong quá trình xử lý hidrô của toluen so với chất xúc tác Co-Mo/Al2O3 thương phẩm. Ngoài ra, một hướng ứng dụng còn khá mới của SBA-15 là làm chất mang cố định enzym có hoạt tính sinh học sử dụng trong các lĩnh vực hóa sinh, hóa dược... - Chất xúc tác: Do bản thân Si-SBA-15 trung hoà điện và không có tâm xúc tác, vì vậy đã có rất nhiều kim loại khác nhau được thay thế vào mạng lưới của SBA-15 để tạo vật liệu có hoạt tính xúc tác mong muốn. Người ta có thể đưa các dị nguyên tố như Al, Zr… vào mạng lưới SBA-15 để tạo ra những xúc tác axit hay đưa một số kim loại chuyển tiếp (Fe, Ti, Cr, Mn, V…) để tạo ra tâm oxi hóa khử trên xúc tác SBA-15.

2.2.8.2. Vật liệu mao quản trung bình SBA-16

Vật liệu SBA-16 có cấu trúc mao quản trật tự, diện tích bề mặt cao (từ 600 đến 1000m2/g), kích thước mao quản từ 5 – 15 nm, đôi khi lên đến 30 nm. Vật liệu này có thành mao quản vô định hình với hệ thống mao quản phụ trong thành. - Mạng lưới không gian 3 chiều (3D); - Gồm 2 dạng cấu trúc chủ yếu: lập phương tâm khối (đối xứng Im3m) và lập phương tâm mặt (đối xứng Fm3m). Sự tổng hợp vật liệu SBA-16 thường sử dụng chất hoạt động bề mặt không ion là F127 poly(ethyleneoxide)-poly(propyleneoxide)-poly(ethyleneoxide) triblock copolymer (EO106PO70EO106), các nguồn vô cơ silic như TEOS, vỏ trấu,…; Ngoài ra còn có thêm dung môi là nước, chất trợ hoạt động bề mặt butanol và quá trình này xảy ra trong môi trường axit. Qua các nghiên cứu cho thấy, hình thái của SBA-16 có thể điều khiển được qua việc kiểm soát nhiệt độ, thời gian tổng hợp và việc xử lý thủy nhiệt. Các đặc trưng cấu trúc của SBA-16 tiêu biểu được trình bày ở Hình 59 [105].

Hình 59. (a) Giản đồ XRD và ảnh TEM; (b) đường đẳng nhiệt hấp phụ N2 và phân bố kích thước mao quản của SBA-16 và 1Au5Pd/APS-S16 [105]

Do có kích thước mao quản trung bình và tường mao quản dày nên SBA-16 có khả năng ứng dụng trong các lĩnh vực hấp phụ, xúc tác, tách chất rộng hơn vật liệu có cùng tính năng tương tự là vật liệu vi mao quản zeolit. Ngoài ra, khác với SBA-15, vật liệu SBA-16 với cấu trúc lập phương nên tồn tài các hốc kích thước lớn, có thể ứng dụng để chế tạo phức chất kim loại, hấp phụ…