Vật liệu mao quản trung bình SBA-15 được Stucky và cộng sự [56] công bố năm 1998 Đây là vật liệu rây phân tử mao quản trung bình có đối xứng lục lăng với độ trật tự cao, kích thước mao quản rộng và đồng đều (có thể đạt 300 Å), thành mao quản đều và dày (31– 64 Å) Do đó, SBA-15 có độ bền nhiệt và thủy phân cao hơn so với vật liệu thuộc họ M41S [57] Với diện tích bề mặt riêng lớn (600 – 1000 m2/g), SBA-15 là một loại vật liệu phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau Nó có thể được dùng làm chất hấp phụ và tách loại trong phân tích môi trường, vật liệu quang tiên
tiến [58- 61] Vật liệu này được tổng hợp bằng cách sử dụng chất định hướng cấu trúc (ĐHCT) là các chất hoạt động bề mặt copolyme Pluronic (P123) trong môi trường acid So với MCM-41, vật liệu SBA-15 có diện tích bề mặt riêng lớn, cấu trúc mao quản xốp và đồng đều, thành mao quản dày, độ bền thủy nhiệt cao nên rất thích hợp làm chất mang HPA Cơ chế tổng hợp vật liệu MQTB SBA-15 được thể hiện ở Hình 1 13
Hình 1 13 Cấu trúc của SBA-15 và cơ chế tạo thành SBA-15 [62]
Vật liệu mao quản trung bình SiO2 nguyên chất chỉ có các nhóm silanol trên bề mặt, có tính acid yếu và không có hoạt tính xúc tác Vì vậy, để làm cho các vật liệu này có thể ứng dụng trong lĩnh vực xúc tác, các tâm acid mạnh hơn đã được đưa vào mạng cấu trúc của chúng Thông thường, sự thay thế của các nguyên tử khác với hóa trị thấp hơn hóa trị của silic tạo ra điện tích âm trong mạng lưới, điện tích này có thể được trung hòa bởi proton, do đó tạo ra tính acid cho vật liệu Có nhiều kim loại được sử dụng để đưa vào mạng cấu trúc của vật liệu MQTB để thay thế đồng Hình cho Si như Fe, Co, Ti,… nhưng Al là kim loại được quan tâm nhiều nhất theo quan điểm về việc tạo ra tính acid Bằng sự thay thế của Al trong cấu trúc silica tạo ra các tâm acid Bronsted và các tâm acid này tham gia vào nhiều phản ứng quan trọng trong công nghiệp [63- 65] Có hai phương pháp đã được phát triển để kết hợp các nguyên tử Al vào trong mạng cấu trúc của các vật liệu MQTB là phương pháp tổng hợp trực tiếp [66- 68] và phương pháp "tổng hợp sau" (post-synthesis) [69- 70] Phương pháp tổng hợp trực tiếp khó thực hiện do sự phân ly của liên kết kim loại Me-O-Si trong môi trường acid cũng như sự khác biệt lớn trong tốc độ thủy phân giữa silicon alkoxide và aluminium alkoxide, do đó việc tổng hợp trực tiếp các vật liệu SBA-15 được thế Al trong mạng theo phương pháp thủy nhiệt thông thường là rất khó khăn
Sự kết hợp của Al trong SBA-15 đi theo cơ chế tương tự như với SBA-15 nguyên chất Phương pháp tổng hợp "sau" được phát triển bởi Mokaya và Jones trên chất mang MCM-41 [71] Phương pháp này có thể được xem là một chiến lược để tăng hàm lượng nhôm kết hợp trong mẫu, dẫn đến sự tăng rất rõ ràng của hàm lượng nhôm ngoài mạng nhưng hàm lượng nhôm dạng tứ diện không hề cao hơn so với phương pháp tổng hợp trực tiếp
Việc loại bỏ chất tạo cấu trúc ra khỏi vật liệu cũng ảnh hưởng khá nhiều đến tính chất vật liệu Vật liệu như SBA-15, trong quá trình tổng hợp cần phải sử dụng chất ĐHCT P123 (Pluronic) Phương pháp truyền thống để loại bỏ chất ĐHCT là sử dụng phương pháp nung ở nhiệt độ cao để đốt cháy các chất này [72- 75] Tuy nhiên, phương pháp nung gặp phải vấn đề trở ngại, trong quá trình loại bỏ thực hiện ở nhiệt độ cao, trên bề mặt vật liệu sẽ xảy ra quá trình ngưng tụ giữa các nhóm (-OH) theo cơ chế hình thành 1 phân tử nước giữa 2 nhóm -OH, gây mất nhóm (-OH) trên bề mặt vật liệu theo phản ứng:
≡ Si – OH + HO – Si ≡ ↔ ≡ Si – O – Si ≡ + H2O
Việc mất các nhóm (-OH) sẽ làm mất khả năng biến tính bề mặt và mất khả năng cố định acid dị đa lên trên vật liệu Để lưu giữ các nhóm (-OH) trên bề mặt và loại bỏ được các chất ĐHCT ra khỏi vât liệu, hiện nay, phương pháp được sử dụng nhiều là sử dụng dung môi loại bỏ chất ĐHCT Ngoài phương pháp nung, các phương pháp như rửa bằng hỗn hợp cồn nước, chiết dung môi [76], hay xử lí bằng H2O2, ozone, tia UV,… cũng được sử dụng để loại bỏ chất ĐHCT P123 Năm 2005, Yang và cộng sự [77] loại bỏ chất ĐHCT khỏi SBA-15 bằng cách sử dụng H2O2 trong quá trình kết tinh Kết quả cho thấy, phương pháp này giúp vật liệu giữ lại được nhiều nhóm silanol, diện tích bề mặt và đường kính mao quản giảm đi không nhiều và vẫn giữ được độ trật tự khung mao quản Năm 2006, Xiao và cộng sự công bố [78] công nghệ oxy hóa bằng UV/H2O2 đầy hứa hẹn đã được ứng dụng để loại bỏ các chất hữu cơ có trong nước thải Ưu điểm của phương pháp này là dễ dàng thực hiện ở nhiệt phòng trong thời gian ngắn sau 4 giờ, kích thước mao quản và diện tích bề mặt của vật liệu lớn hơn so với phương pháp nung và vẫn giữ được các nhóm silanol Với quy trình này có thể nhận thấy, dưới sự chiếu xạ của tia UV, H2O2 chuyển thành các gốc tự do HO Các gốc này có tính oxy hóa rất mạnh, có thể oxy hóa nhiều hợp chất hữu
cơ thành CO2 và H2O trừ các gốc fluoride Ngoài ra, do các gốc HO có kích thước nhỏ nên có thể dễ dàng khuếch tán vào các lỗ mao quản trung bình và vi mao quản của vật liệu để loại bỏ chất ĐHCT Mặt khác, vật liệu dễ dàng phân tán trong dung dịch H2O2 nên một lượng lớn mẫu có thể xử lý bằng phương pháp này