Việc tổng hợp các vật liệu silica với kích thước lỗ kiểm soát là rất quan trọng cho nhiều ứng dụng trong xúc tác, hấp phụ và phân phối thuốc. Bài viết này khám phá phương pháp tổng hợp silica kích thước micro sử dụng template Polyethylene Glycol (PEG) và Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) kết hợp với chitosan như một tác nhân cấu trúc. Silica thu được chỉ thể hiện các lỗ kích thước micro, làm nổi bật ảnh hưởng của template và chitosan đối với sự hình thành lỗ.
Giới Thiệu:
Các vật liệu silica được sử dụng rộng rãi nhờ diện tích bề mặt cao, độ ổn định nhiệt và tính chất hóa học không phản ứng. Khả năng kiểm soát kích thước và phân bố lỗ là cần thiết để điều chỉnh các tính chất của silica cho các ứng dụng cụ thể. Các phương pháp tổng hợp silica truyền thống thường tạo ra vật liệu với nhiều kích thước lỗ khác nhau, nhưng những tiến bộ gần đây nhằm mục đích tạo ra silica với kích thước lỗ đồng đều.
Polyethylene glycol (PEG) và Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) là các chất hoạt động bề mặt thường được sử dụng trong tổng hợp template. PEG, một polymer ưa nước, và SDS, một chất hoạt động bề mặt âm tính, có thể tạo thành micelle hoặc tập hợp đóng vai trò là template cho ma trận silica. Chitosan, một polymer sinh học có nguồn gốc từ chitin, được biết đến với khả năng ảnh hưởng đến hình thái của nhiều vật liệu khác nhau.
Nguyên Liệu và Phương Pháp:
Nguyên Liệu:
Polyethylene Glycol (PEG)
Sodium Dodecyl Sulfate (SDS)
Chitosan
Tetraethyl Orthosilicate (TEOS) (tiền chất silica)
Axit Hydrochloric (HCl)
Ethanol
Nước tinh khiết
Quy Trình Tổng Hợp:
Chuẩn Bị Template:
Hòa tan PEG và SDS trong nước tinh khiết để tạo thành dung dịch đồng nhất.
Nồng độ của PEG và SDS được tối ưu hóa để đạt được kích thước lỗ mong muốn trong sản phẩm silica cuối cùng.
Chuẩn Bị Dung Dịch Chitosan:
Hòa tan chitosan trong dung dịch axit axetic để tạo thành dung dịch chitosan.
Thêm Tiền Chất Silica:
Thêm TEOS vào dung dịch PEG/SDS dưới sự khuấy đều để đảm bảo sự pha trộn đồng nhất.
Dung dịch chitosan sau đó được thêm vào hỗn hợp, cho phép nó tương tác với template và tiền chất silica.
Gel Hóa và Lão Hóa:
Hỗn hợp được để gel hóa, thường bằng cách điều chỉnh pH bằng axit hydrochloric.
Gel được lão hóa ở nhiệt độ phòng hoặc trong lò để thúc đẩy quá trình polymer hóa và hình thành cấu trúc.
Loại Bỏ Template:
Sản phẩm rắn được lọc và rửa để loại bỏ dư lượng PEG, SDS và chitosan.
Template thường được loại bỏ thông qua đốt hoặc chiết xuất dung môi, tùy thuộc vào độ ổn định của các vật liệu template.
Kết Quả và Thảo Luận:
Các vật liệu silica tổng hợp thể hiện cấu trúc lỗ rõ ràng chủ yếu trong phạm vi kích thước micro. Ảnh hưởng của PEG và SDS đối với sự hình thành lỗ là rõ rệt, vì các chất hoạt động bề mặt này kiểm soát kích thước và phân bố của các lỗ bằng cách tạo thành micelle hoặc tập hợp hoạt động như các template trong quá trình tổng hợp.
Chitosan đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định khung silica và ảnh hưởng đến cấu trúc lỗ. Tương tác của nó với tiền chất silica và các chất hoạt động bề mặt giúp tạo ra phân bố kích thước lỗ đồng đều hơn. Sự kết hợp của template PEG/SDS với chitosan dẫn đến silica với các lỗ kích thước micro, không có sự hiện diện của các lỗ lớn hơn.
Đặc Trưng:
Phân Tích Diện Tích Bề Mặt và Kích Thước Lỗ:
Các phép đo diện tích bề mặt BET (Brunauer-Emmett-Teller) xác nhận sự hiện diện của các lỗ kích thước micro với diện tích bề mặt đặc trưng cho các vật liệu có lỗ kích thước micro.
Kính Hiển Vi:
Hình ảnh từ Kính Hiển Vi Quét (SEM) và Kính Hiển Vi Truyền Qua (TEM) cho thấy sự đồng đều và kích thước micro của cấu trúc lỗ.
X-ray Diffraction (XRD):
Các mẫu XRD chỉ ra tính vô định hình của silica, đặc trưng cho silica tổng hợp mà không có bước kết tinh.
Kết Luận:
Việc sử dụng template PEG/SDS kết hợp với chitosan cung cấp một phương pháp khả thi để tổng hợp silica với kích thước lỗ micro. Sự kiểm soát kích thước lỗ đạt được thông qua phương pháp này mở ra cơ hội phát triển các vật liệu silica cho các ứng dụng yêu cầu kiểm soát kích thước lỗ chính xác. Nghiên cứu trong tương lai có thể khám phá việc tối ưu hóa điều kiện template và hàm lượng chitosan để tinh chỉnh thêm các đặc trưng của lỗ và mở rộng tính ứng dụng của các vật liệu silica tổng hợp.