1.2 .Vật liệu mao quản trung bình
1.2.3 .Vật liệu mao quản trung bình phi Silica
1.2.5. Cơ chế hình thành SBA-15
Nói chung việc tổng hợp các SBA-15 thƣờng diễn ra trong môi trƣờng kiềm. Chúng ta đều sử dụng khuôn là các ion hoặc các đơn phân tử hữu cơ, chẳng hạn với ZSM-5. Sự kết tinh hình thành pha tinh thể ZSM-5 do ngƣng tụ các phần tử silicat quanh cation tetrapropylamoni. Nét đặc trƣng nổi bật của việc tổng hợp SBA-15 là sử
dụng các tập hợp phân tử chất hoạt động bề mặt có mạch alkyl dài hơn 6 nguyên tử các bon (hầu hết các trƣờng hợp là nhiều hơn 10 nguyên tử cacbon) làm chất tạo khn. Khi nghiên cứu sự hình thành cấu trúc nhóm vật liệu mao quản trung bình SBA-15, các nhà nghiên cứu của hãng Mobil nhận thấy có sự tƣơng đồng rất đáng chú ý giữa cấu trúc vật liệu SBA-15 và pha tinh thể lỏng. Trên thực tế kích thƣớc lỗ của vật liệu có thể điều chỉnh đƣợc trong khoảng từ 15 đến 100Å bằng cách thay đổi chiều dài mạch của chất hoạt động bề mặt hoặc bằng cách thêm vào hỗn hợp phản ứng các tác nhân hữu cơ hịa tan (nó chui vào bên trong và làm tăng kích thƣớc các mixen). Chính các lí do trên đã đƣa đến việc đề xuất cơ chế hình thành theo cơ chế “Khuôn tinh thể lỏng”. Hai con đƣờng phản ứng theo hai mơ hình đề xuất nhƣ sau:
Mơ hình thứ nhất:
Hình 1.4. Mơ hình cơ chế hình thành SBA-15 (cách thứ nhất)
Khung SiO2 hoặc aluminosilicat đƣợc hình thành trên cơ sở khn tinh thể lỏng
đã có mặt trong dung dịch. Nhƣ vậy đối với mơ hình này, bƣớc tổng hợp đầu tiên là quá trình tạo ra các mixen và tập hợp các mixen này thành các tổ hợp có dạng lục lăng. Bƣớc tiếp theo là kết hợp các phần tử silicat lên bề mặt của khuôn và tiến hành ngƣng tụ, polime hố để hình thành pha mong muốn.
Mơ hình thứ hai:
Có đề xuất cho rằng dung dịch ban đầu chứa các mixen hình que, các mixen độc lập này sẽ tƣơng tác với các phần tử silicat để hình thành hai hoặc ba đơn lớp silicat quanh bề mặt ngồi của nó. Tiếp theo đó các mixen đã kết vỏ sẽ tƣơng tác với nhau,
trƣớc hết là sự sắp xếp ngẫu nhiên, và sau một thời gian già hóa để ngƣng tụ các tiểu phân silicat thu đƣợc vật liệu xốp mao quản trung bình có cấu trúc lục lăng đều đặn.
Hình 1.5. Mơ hình cơ chế hình thành SBA-15 (cách thức thứ hai)
Sự ổn định của vật liệu thu đƣợc phụ thuộc vào thời gian và nhiệt độ tổng hợp. Chẳng hạn nếu thời gian tổng hợp ngắn thì vật liệu thu đƣợc khơng bền do vẫn còn một số lớn các phần tử silicat chƣa ngƣng tụ đƣợc với nhau, cấu trúc thu đƣợc khơng có độ trật tự cao. Ngƣợc lại nếu thời gian tổng hợp tăng lên (hoặc nhiệt độ tăng) thì một lƣợng lớn các nhóm silanol sẽ ngƣng tụ với nhau và kết quả sẽ thu đƣợc vật liệu bền hơn.