第四章 結果與討論
4.4 中孔洞材料特性比較
4.4.2 SBA-15-0.02 及 WP-Nano-0.02 之表面特性比較
本研究製備之中孔洞材料皆於酸性(pH=2)的環境下進行合成，並 調整 pH 到 5 的狀況下，以加速矽酸鈉聚合反應的速度以減少材料製 備的天數。
圖 4-9 a 和 b 是以 SEM 拍攝之中孔洞材料外觀。圖 4-9a 和傳統使 用非離子型界面活性劑合成中孔洞材料所呈現的不規則表面顆粒外 觀【73】相同；而圖 b 有別於低 F/Si=0.09【73】合成的中孔洞材料 所顯現的蕈狀外觀，在較高 F/Si 比 F/Si=1.5 使用非離子型界面活性劑 合成中孔洞材料所呈現的外觀，其外觀也為不規則顆粒狀。
中孔洞顆粒對氮氣吸附行為之影響
圖 4-10 為中孔洞材料 SBA-15-0.02 和 WP-Nano-0.02 分子篩對氮 氣吸附之等溫吸脫附曲線圖。兩者樣品之吸脫附曲線圖對照 IUPAC 所定義物理等溫吸附曲線之形式，可得知屬於 typeIV 型之等溫線。
此代表著中孔洞物質之吸附型態。由於壓力增加時氣體分子會在孔洞 中開始凝結而有毛細現象產生，使得吸附量快速上升並且分別在 0.5~0.8 以及 0.7~0.9 之間出現遲滯迴圈現象(hysteresis loop)，而 WP-Nano-0.02 相對於 SBA-15-0.02 出現較為陡峭之遲滯迴圈現象，
反應出其為一均勻孔徑分佈之材料。
表 4-6 及圖 4-11 列出了中孔洞材料 SBA-15-0.02 和 WP-Nano-0.02 分子篩表面物理特性，包含比表面積，BJH 孔洞孔徑，孔洞體積以及 晶格間距。原使用純化學品矽源合成之 SBA-15-0.02，在經低溫萃取
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法替換矽源合成中孔洞材料 WP-Nano-0.02 後其比表面積可達 661 m2/g，略低於 SBA-15 分子篩的 730 m2/g，而在孔洞體積大小方面，
則為 1.5 m3/g，大於 SBA-15-0.02 分子篩的 0.8 m3/g，而在孔洞孔徑大 小方面，則為 9.1 nm，大於 SBA-15-0.02 分子篩的 4.6 nm，均落在中 孔洞規範大小內。推測此現象原因為加入含氟離子之上澄液體，此氟 離子會取代矽酸鹽中 O-H 鍵形成 Si-F 鍵結，降低 O-H 基之數量，同 時表示減少 SiH3OH 基的量，因此產生矽酸鹽聚合物較難深入到材料 親水性外殼之現象，所以微胞孔徑尺寸因而變大【73】，進而合成出 相較於使用化學品較大之孔洞體積和孔洞大小的中孔洞奈米材料。
XRD 結果
圖 4-12 為 X 射線粉體繞射分析圖譜，圖譜中可發現 SBA-15-0.02 和 WP-Nano-0.02 分子篩於繞射角約 0.5o~1o 的位置存有一明顯低繞 射波峰，係為(100)方位之光譜【74】【75】。在 X 射線粉體繞射分析 圖譜亦發現，中孔洞材料 SBA-15 和 WP-Nano 其繞射波峰位置大致 相同，顯示其晶格間距(d-spacing，此應指為孔洞中心到臨近孔洞中 心之間距)也大致相同。
TEM 分析
而本研究室使用之低溫萃取方法合成之 WP-Nano 材料，推測因採 用較少量之氫氧化納進行萃取，所以得到較粗大顆粒之矽酸鈉分子，
而合成之材料經由 TEM 分析樣品 WP-Nano，圖 4-13a 和 4-13b 結果 顯示材料為一有孔之中孔材料。
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圖 4-9 (a)SBA-15-0.02 和(b)WP-Nano-0.02 之 SEM 表面外觀相片
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Relative pressure (P / P0 )
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Amount of N2 adsorbed ( cm3 -g-1 )
0 200 400 600 800 1000
1200 WP-Nano-0.02 adsorption WP-Nano -0.02desorption SBA-15-0.02 adsorption SBA-15-0.02 desorption
圖 4-10 化學矽源和廢棄物萃取矽源合成之中孔洞顆粒對氮氣吸附之 等溫吸脫附曲線圖
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表 4-6 不同矽源合成中孔洞顆粒之比表面積、孔洞體積和孔洞大小
Sample name SBET
(m2/g)
Pore volume (cm3/g)
Dp,BJH (nm)
SBA-15-0.02 730 0.80 4.6
WP-Nano-0.02 661 1.50 9.1
Pore Size (angstrom)
0 200 400 600 800
Pore Volumn(cm3 /g)
0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 0.035
SBA-15-0.02 WP-Nano-0.02
圖 4-11 不同矽源合成之中孔洞顆粒(WP-Nano 和 SBA-15)孔徑分佈圖
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圖 4-12 分子篩之 X 射線粉體繞射分析圖譜
2θ (degrees)
0 1 2 3 4 5 6 7
Intensity (a.u.)
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000
SBA-15-0.02 WP-Nano-0.02
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圖 4-13 含矽純化學品以及廢棄粉末為矽源之中孔洞材料 TEM 相片 (a) SBA-15-0.02 (b) WP-Nano-0.02
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