第三章 實驗方法與步驟
3.3 實驗方法
本研究主要參考許【65】以水熱法製備中孔洞分子篩 SBA-15，
製備流程如圖 3-2。材料製備以雙性區塊共聚合物 P123 (EO20PO70EO20, Mn5800, P123, Aldrich)為模板，商用矽酸鈉(~14% NaOH, ~27% SiO2, Aldrich)進行合成。其莫耳合成比例為 1 SiO2：0.01 P123：0.7 H2SO4： 286 H2O。
合成方法如下：
(1)模板溶液配製：
1.將 2.01 g 之雙性區塊共聚合物 P123 溶於 20 g D.I.水中，待 P123 完全溶解。
(2)矽酸鈉溶液配製：
1.將 8 g 商用矽源鈉溶於 50 g D.I.水中，攪拌約 30 分鐘，得一矽 酸鈉溶液。
2.將配製好之 3 g 6 M 硫酸溶液溶於 100 g D.I.水中，得到一稀釋 硫酸溶液。
3.將矽酸鈉溶液加入稀釋硫酸溶液，並加入 6 M 氫氧化鈉溶液，
調整 pH 值(pH=2 至 pH=5)，過程約 5 分鐘。
(3)將模板溶液加入矽酸鈉溶液中，攪拌 3 分鐘。
(4)將 P123-H2SO4-NaOH-H2O 及矽酸鈉混合液靜置於高壓釜 100 ℃中 24 小時後取出，待冷卻 1 小時，加入 D.I.水進行過濾。過濾後得之產 物以 60 ℃烘乾一天後，置入 500 ℃高溫爐中進行 6 小時鍛燒，合成 出 SBA-15 中孔洞材料。
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6M H2SO4 溶於水中
6M NaOH 慢慢滴入
矽酸鈉溶液
SBA-15 pH=5 P123
過濾和水洗
60°C下烘乾24小時
500°C下鍛燒6小時 100°C下水熱24小時
圖 3-2 SBA-15 製備流程圖【65】
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3.3.2 由廢棄物粉末萃取之上澄液製備之中孔洞材料(WP-Nano) 此部分之材料合成仍參考水熱法【65】，但改以使用廢棄物粉末萃 取之氧化矽源來合成中孔洞分子篩，製備流程如圖 3-4。材料製備以 雙性區塊共聚合物 P123 (EO20PO70EO20, Mn5800, P123, Aldrich)為模 板，但以低溫萃取得之高純度矽酸鈉進行材料合成。其莫耳合成比例 為 1 SiO2：0.01 P123：4.2 H2SO4：286 H2O。合成方法如下：
(1)矽源萃取，如圖 3-3 所示：
1.將 11.56 g 之氫氧化鈉溶於 70 mL 之 D.I.水中，慢慢加入 10.25 g 之廢棄粉末於溶液中，在 12 小時之攪拌後，經 15 分鐘 3500 rpm 之 離心後，得 70 mL 之上澄液，即高純度之矽源。
(2) 模板溶液配製：
1.將 2.01g 之雙性區塊共聚合物 P123 溶於 20g D.I.水中，待 P123 完全溶解。
(3)矽酸鈉溶液配製：
1.將配製好之 11.7 mL 6M 硫酸溶液溶於 57.82 g D.I.水中，得到一 稀釋硫酸溶液。
2.將經計算後之 82.43 mL 高純度矽酸鈉溶液加入稀釋硫酸溶液，
並加入 6M 氫氧化鈉溶液，調整 pH 值(pH=2 至 pH=5)，過程約 5 分 鐘。
(4)將模板溶液加入矽酸鈉溶液中，攪拌 3 分鐘。
(5)將 P123-H2SO4-NaOH-H2O 及高純度矽酸鈉混合液靜置於高壓釜中 24 小時後取出，待冷卻 1 小時，加入 D.I.水進行過濾。過濾後得之產 物以 60℃烘乾一天後，置入 500℃高溫爐中進行 6 小時鍛燒，合成出 WP-Nano 中孔洞材料。
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11.56g NaOH + 70ml H
2O
10.25g
TFT-LCD廠廢棄粉末
70ml上澄液 12hrs 均勻混合
於3500rpm, 離心 萃取15分鐘
慢慢滴入
沉積物
圖 3-3 由光電廢棄物粉末進行矽源萃取之步驟(低溫萃取法)
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6M H2SO4 溶於水中
6M NaOH 慢慢滴入
含矽上澄液
WP-Nano pH=5 P123
水洗和過濾
60°C下烘乾24小時
500°C下鍛燒6小時 100°C下烘乾24小時
圖 3-4 以光電廢棄物粉末萃取液製備 WP-Nano 中孔洞材料之 製備流程
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3.3.3 SBA-15-EM 分子篩合成
此材料合成以水熱法製備中孔洞分子篩 SBA-15。材料製備以雙 性區塊共聚合物 P123 為模版，商用矽酸鈉進行合成。其莫耳比例為 SiO2: 0.022 P123:0.32 Na2O:1.4 HCl:125 H2O。
合成方法如下：
(1) 模版溶液配製：
1. 將 24 g 的雙性區塊共聚合物 P123 溶於 217 g 的去離子水中，
待 P123 完全溶解。
(2) 矽酸鈉溶液配製：
1. 將 231 g 之 5.0 wt% SiO2之 1.6 wt% Na2O 和 93.4 wt% H2O 配 製準備。
2. 將 28 g 35 wt% 之 HCl 配製準備。
(3) 將 P123 溶液以機器於 35 ℃中混合。
(4) 將矽酸鈉和 P123 混合溶液靜置於高壓釜中 24 小時候取出，待冷 卻一小時後，加入 D.I.和酒精進行過濾。過濾後得之產物以 60 ℃ 烘乾一天後，置入 500 ℃高溫爐中進行 6 小時鍛燒，合成出 SBA-15 中孔洞材料。
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3.3.4 Si-MCM-41 分子篩合成
Si-MCM-41 分子篩的合成方法，則是利用水熱法加以製備，氧化 矽源是偏矽酸鈉(Na2SiO3˙9 H2O，Kanto Chemical Co. Inc., Japan)，
並以十六浣基三甲基澳化銨(CTAB)作為分子篩合成之介面活性劑，
其合成比例為 SiO2：0.2 CTAB：0.89 H2SO4：120 H2O。首先將 21.2 g 之偏矽酸鈉溶於 80 ml 的去離子水中，以攪拌器攪拌 30 分鐘後，大 約 40 ml 之 4 N 硫酸緩緩加入攪拌溶液中，調整 pH 值至 10.5 左右直 至能夠清楚看到白色凝膠。接下來取 7.28 g 之 CTAB 溶於 25 ml 的去 離子水中，再將此液緩緩加至上述的白色凝膠內，攪拌 3 小時之後，
將溶液置換至塗覆有鐵氟龍之壓力釜(autoclave)，放入溫度 145 ℃之 高溫爐中。36 小時之後取出，待退溫至常溫後，以抽濾法收集固體，
再以 110 ℃烘乾 8 小時，其後取出研磨並置入 550 ℃之高溫爐鍛燒 10 小時。整個水熱合成 Si-MCM-41 分子篩所需時間為 60 小時。
3.3.5 SBA-15-Tai 分子篩合成
SBA-15 型中孔洞氧化矽材料之合成是以 ABA 區塊共聚合物 P123 為模板，以矽酸鈉溶液為矽源。所有商業的藥品均為純化即使用。本 次實驗之反應劑量為 0.01 P123： SiO2：200~240 H2O：0.37~0.57 H2SO4。舉例說明：將 0.52 g 之區塊共聚合物 P123 溶於 33 g 水中，
待 P123 完全溶解後，加入 2.8 g 1.2M H2SO4 水溶液並置於 30 ℃預 熱恆溫槽中平衡 2 小時，將預熱之 P123-H2O-H2SO4混合溶液，倒入，
2.0 g 矽酸鈉溶液中，再置回 30 ℃預熱恆溫水槽中攪拌 16 小時，反 應結束後將溶液中沉澱物過濾取出並以 500 毫升蒸餾水沖洗，產物以 60 ℃烘乾 8 小時，視為初合成產物。反應分別為 30 ℃下攪拌 16 小
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時合成不同溫度之材料，所得之產物經過 560 ℃空氣中鍛燒 5 小時 候視為鍛燒產物(calcided)【71】。
3.3.6 SBA-15-Lin 分子篩合成
此實驗方法為至成大林弘萍 教授實驗室所學之實驗。將 1.6 g P123 加入 50 g 水中在 40 ℃下攪拌 6~8 小時備置為模板。並將 8.25 g 的 SiO2〃NaOH (27% SiO2和 14 % NaOH) 之矽酸鈉加入 50 g 水 中待置。將 6 M H2SO4 加入 300 g 水中，此時 pH 為 1.2。將矽酸鈉 溶液加入 6 M 硫酸中，並使用 6 M 氫氧化鈉調整 pH 值到 2.5，並維 持 3 分鐘。再將界面活性劑加入矽酸鈉溶液當中以 30 ℃之水溫熟化 3 天。最後經過去離子水過濾後，放入高溫爐後在 600 ℃下以 6 小時 去除模板，合成中孔洞材料。