树枝状介孔二氧化硅基纳米材料催化转化二氧化碳的研究进展

近年来，树枝状介孔二氧化硅纳米颗粒(DMSNs)成为催化界的研究热点，因其具有大的开孔结构、高比表面积、优异的溶剂分散性、良好的生物相容性等，上述优点使得DMSNs在实现CO₂的捕获和催化转化中取得了良好的发展。结合国内外研究进展，总结了近年树枝状介孔二氧化硅基纳米功能材料在CO₂催化转化方面的应用和反应机制，并与传统二氧化硅介孔材料(如SBA-15或MCM-41)的催化转化性能进行比较。最后对该材料在CO₂催化转化方面的应用进行了展望。     

功能化SBA-15介孔材料的制备及其吸附性能研究

硅基介孔材料因其特有的特性,被用于去除废水中重金属离子的吸附剂.为了提高对目标污染物的吸附容量, 本文采用一步法和两步法制备了氨基或巯基功能化SBA-15介孔材料,利用傅里叶红外光谱仪、场发射扫描电镜、X射线衍射仪和氮气吸附脱附表征测试了材料的化学组成、微观形貌和物相结构.测试结果显示经功能化处理后的样品成功地接枝氨基或巯基功能基团.研究发现,经功能化处理后,材料的骨架结构及介孔孔道均未被破坏,但有序性下降且出现少许团聚,物性参数也有一定程度下降,功能化材料对Zn²⁺、Pb²⁺、Cr³⁺和Cu²⁺的吸附率均有大幅度提高.经氨基或巯基功能化后,SBA-15介孔材料对水体中重金属离子的吸附率有很大提高,但一步法制备的功能化硅基介孔材料因模板剂去除不彻底而影响了对重金属离子的吸附效率,两步法制备的功能化硅基介孔材料对重金属离子的吸附效果更好,说明本文的功能化硅基介孔材料工艺是可行有效的,但两步法合成的功能化介孔材料具有更好的吸附效果.     

巯基改性SBA-15的制备及其对Cr6+的吸附

环境中存在的重金属铬对人体健康有严重的危害, 本研究采用水热共缩聚法制备了一种对Cr ⁶⁺有较高吸附能力的介孔材料SBA-15-SH。经红外光谱证实, 通过使用改性硅源3-巯丙基三甲氧基硅烷, 对SBA-15成功实现了巯基改性。经扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察, 所制备的材料呈棒状, 具有均匀的孔道结构, 孔径约为7 nm。将制备材料用于重金属Cr ⁶⁺的吸附, 研究了吸附时间、环境温度、Cr ⁶⁺溶液pH和初始浓度以及吸附剂用量对吸附剂吸附性能的影响。研究表明: 该材料吸附Cr ⁶⁺的平衡吸附时间约10 min, 吸附过程符合Langmuir方程与伪二级动力学模型。当Cr ⁶⁺溶液pH为4.0、吸附温度在25~45 ℃时, 介孔材料SBA-15-SH对Cr ⁶⁺吸附量最大, 达到6.85 mg/g。将本方法用于自来水和工业废水中Cr ⁶⁺的吸附, 回收率介于95%~105%之间。     

介孔-枝状化合物复合体系对重金属离子吸附研究

在高含量硅羟基的SBA-15介孔孔道中用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)表面改性后, 在介孔孔道内合成了1代和2代的PAMAM (Poly(amide amine)) 枝状化合物. 利用该复合体系进行了重金属离子吸附实验, 并与只用APTES(3-氨丙基三乙氧基硅烷) 改性的SBA-15进行对比, 得到了各代样品对Pb²⁺和Cu²⁺的饱和吸附容量, 并且用TG-MS分析方法证实了PAMAM改性后的SBA-15对金属离子的络合强度要比仅用APTES改性的要强. 在模拟废水溶液吸附实验中, 该复合体系对Pb²⁺、Zn²⁺离子具有选择吸附, 处理后溶液中Pb²⁺、Zn²⁺离子浓度为0.003mg/L和0.037mg/L, 均低于国家饮用水标准.     

短通道介孔二氧化硅的制备与水蒸气吸附性能EI北大核心CSCD

在高速搅拌条件下调整分子组装过程的外界应力,制备出短通道(500~700 nm)、条棒状的有序介孔二氧化硅,研究不同模板剂脱除方式对介孔二氧化硅的水蒸气吸附性能影响,获得强化介孔二氧化硅吸附性能的方法。结果表明:在短通道、条棒状介孔二氧化硅的制备过程中模板剂脱除的温度对材料表面羟基浓度影响较大,选择萃取与低温煅烧相结合方法脱除模板剂,萃取4次,250℃煅烧脱除模板剂的材料水蒸气吸附性能最好,在实验条件下平衡吸附时间约为7.5 min,是商品SBA-15的78.95%;平衡吸附量0.73 g·g^(-1),是商品SBA-15的1.49倍。     

盐酸小檗碱/介孔二氧化硅载体的制备与缓释行为研究

采用水热合成法制备了SBA-15和SBA-16两种介孔SiO₂载体材料,利用浸渍法将盐酸小檗碱(BBH)原料药负载于载体上,制备了载药BBH/SBA-15和BBH/SBA-16。通过多种表征方法对载药后材料的晶体结构、孔道结构等进行了测试,并研究了材料的载药、释药规律。结果表明,SBA-15和SBA-16的载药量分别为13.50%和3.45%。与BBH原料药相比,两种介孔SiO₂载体均能够延长药物的释放,具有缓释效果。但SBA-15的孔径(5.77nm)较大,释药存在突释现象;而SBA-16的孔径(3.95nm)较小,能够缓慢释放药物。     

酰腙功能化MCM-41分子筛吸附铜离子性能研究

利用2-羰基丙酸邻羟基苯甲酰腙对MCM-41分子筛的表面进行功能化,制备得到2-羰基丙酸邻羟基苯甲酰腙功能化MCM-41(简称功能化MCM-41)。采用红外光谱法和热重分析对功能化MCM-41进行表征,研究其对废水中铜离子的吸附性能,并探讨功能化MCM-41对铜离子的吸附机理。结果表明,当吸附时间为30 min,吸附温度为20℃,吸附剂用量为0.08 g,p H为6~7时,功能化MCM-41分子筛对铜离子的吸附效果最佳;在最佳条件下,功能化MCM-41对铜离子的吸附可以达到97.58%。     

树枝状纤维形二氧化硅纳米粒子的研究进展

与传统二氧化硅介孔材料相比, 树枝状纤维形二氧化硅纳米粒子(Dendritic Fibrous Nano-silica, DFNS), 特别是具备三维中心辐射状孔道和多级孔结构的球形DFNS拥有较高的比表面积、较大的孔体积、较高的孔渗透性和粒子内表面更易接触性等优点。客体物质(如极小的纳米粒子)能够沿着中心辐射状孔道进行负载和/或输送, 甚至与化学改性所得内部活性位点发生反应。因此, DFNS是一种富有前景的载体平台, 可以用来构筑新型纳米催化剂、吸附剂、基因/蛋白质/药物的递送系统等。大量研究表明: 球形DFNS与生俱来的结构优势使其能够作为MCM-41和SBA-15的理想替代材料。但是, DFNS领域依旧存在很多需要探讨的问题。因此, 本文主要归纳分析DFNS的结构特征、常用结构模型、新型结构和实时应用。希望能够给予材料和化学科学家一些参考, 促进DFNS的蓬勃发展。     

硫掺杂多孔碳材料的制备及其对脱硫废水中重金属的电吸附性能研究

燃煤电厂脱硫废水中的重金属污染对环境有巨大潜在危害,其中Pb²⁺、Cd²⁺、Cr³⁺等重金属离子的问题尤其突出。如何高效、有针对性地去除相关重金属离子,是废水净化的一个挑战。为此,通过模板法制备硫掺杂多孔碳材料,有选择性地对废水中相关重金属离子进行电吸附。结果表明：材料对于废水中的Pb²⁺、Cd²⁺、Cr³⁺在5次循环后的脱除效率仍可以达到99%左右。针对我国北部某燃煤电厂的实际脱硫废水进行电吸附实验,其中的Pb²⁺、Cd²⁺、Cr³⁺质量浓度被有效降低到小于0.2μg/L。通过结构、形貌以及电化学等表征发现,S/PC₃具有出色的离子输送通道(介孔占比91.06%)和电化学性能(117.3 F/g,1 A/g)。同时,适宜的硫掺杂量提高了其位点活性,使得硫原子(路易斯软碱)和重金属离子(路易斯软酸)结合。     

介孔材料SBA-15为修复剂载体的环氧树脂自修复形状记忆复合材料

将介孔二氧化硅SBA-15(MS)装载甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)修复体系(MS@GMA),引入氢化双酚A环氧树脂与聚醚胺组成的形状记忆环氧基体(SMEP)中,得到MS@GMA/环氧自修复形状记忆复合材料(SMPC).研究了介孔材料含量与表面改性对SMPC的力学性能、自修复以及形状记忆性能的影响.扫描电子显微镜结果表...     

聚多巴胺修饰的介孔二氧化硅微球的合成及其用于负载左旋薄荷醇凉味剂

介孔二氧化硅材料具有巨大的孔隙率、开放的孔道结构、易于改性的孔道表面以及良好的生物相容性, 广泛用于药物传递、吸附分离以及催化等领域。本研究通过非极性溶剂辅助共组装法合成了具有较大孔径(6.9 nm)和比表面积(615 m²/g)的介孔二氧化硅微球。采用纳米浇铸的方法, 成功地将左旋-薄荷醇负载到该材料的孔内。进一步通过界面聚合的方法, 在所得微球的表面涂覆一层聚多巴胺(PDA)涂层, 从而将薄荷醇封装在微球的孔道内。利用PDA作为半透膜, 研究了复合微球在不同温度的空气吹扫下释放薄荷醇的行为, 发现在相对适宜的温度下PDA涂层有利于薄荷醇的可控缓慢释放。这些研究结果表明基于聚多巴胺修饰的介孔二氧化硅材料有望用于开发食品和医药等领域的缓释制剂。     

功能化介孔吸附剂的制备及其对银离子吸附性能的研究

以F127和CTMABr为模板剂,采用一步法经水热合成了巯基(-SH)修饰的新型介孔吸附剂,并将其应用于水溶液中Ag 的去除研究.分别考察了初始pH值、振荡时间、Ag 初始浓度和金属离子竞争对介孔吸附剂性能的影响.结果表明,在pH 5～6的范围内该吸附剂Ag 吸附量最大(Q=2.998mmool/g),其吸附机理是巯基(-SH)与Ag 的离子交换和配位化学吸附反应.在Cu2 、Ni2 、Co2 和pb2 等竞争性金属阳离子存在的情况下,Ag 去除率仍然高达90%以上.该介孔吸附剂对Ag 具有较高的吸附效率,其吸附符合Langmuir模型.     

介孔硅酸锰镁可充镁电池正极材料的制备及其电化学性能研究

采用介孔二氧化硅MCM-41作模板和硅源, 合成了具有介孔结构的可充镁电池正极材料硅酸锰镁. 分别用XRD、SEM、TEM和氮气吸脱附测试研究了合成材料的介孔结构, 并通过循环伏安、恒电流充放电测试比较了介孔与无孔硅酸锰镁材料的电化学性能. 由于介孔材料活性表面较大, 可增加电解液与活性材料的接触, 使材料具有较多的电化学反应位. 因而, 与相应的无孔材料相比, 具有介孔结构的硅酸锰镁材料呈现出较低的充放电极化、较大的放电容量和较高的放电电压平台. 在0.25 mol/L Mg(AlCl₂EtBu)₂/THF 电解液中, 0.2 C(约62.8 mA/g)充放电速率下, 介孔硅酸锰镁材料首次放电容量可达到241.8 mAh/g, 放电平台为1.65 V ( vs Mg/Mg²⁺). 设计具有介孔结构的材料为提高可充镁电池正极的电化学性能提供了一条有效的途径.     

胺基接枝介孔材料MCM-41对低放废水的净化处理研究

将合成的胺基接枝改性的介孔材料MCM-41用于吸附处理模拟低放废水中低浓度的Mn2＋和Co2＋,研究吸附时间和pH值对吸附容量的影响,相比三种吸附等温线模型对实验数据的拟合性能,结果表明,该吸附剂对低浓度金属离子的吸附足Sips等温线模型。吸附剂对Mn2＋和Co2＋的最大吸附容量分别为0．377mmol／g和0．384mmol／g。竞争吸附实验表明,吸附剂对Co2＋结合能力要大于Mn2＋。固定填充床的动态吸附实验表明,动态条件下的吸附容量小于静态条件。     

用稻壳灰为硅源合成有序介孔二氧化硅材料的研究

用稻壳灰为硅源,用十六烷基三甲基溴化铵作为模板剂,在酸性或碱性条件下均成功地合成了有序介孔SiO2材料MCM-41.利用XRD、N2吸附曲线、SEM、TEM等测试方法分别对稻壳灰及介孔SiO2样品进行了表征.结果表明,稻壳灰为非晶体,呈粒状的多孔结构,其比表面积为250m2/g;在酸性条件下合成的MCM-41具有周期性规则排列的介孔结构,最可几孔径为2.4nm,比表面积为1100m2/g.     

功能化金属-有机框架材料吸附去除废水中铅离子的研究进展

含铅废水未经处理直接排放到环境中,会对生态系统和人类健康造成严重危害。因此,如何高效、绿色低碳处理含铅废水是目前亟需解决的关键问题之一。金属-有机框架(MOFs)材料因具有结构可调、易于合成、比表面积大和官能团密度高等特点,近年来在吸附去除废水中Pb²⁺的领域取得了众多研究进展。本文系统探讨了功能化MOFs材料的结构和组成特征,对比了不同类型功能化MOFs对水中Pb²⁺的吸附性能和吸附规律,阐述了MOFs材料对Pb²⁺的吸附机理,最后着重分析了MOFs材料在实际吸附去除Pb²⁺应用中存在的挑战,并展望了未来该领域的重点研究方向。     

纳米颗粒磁增强SBA-15介孔复合材料的制备及磁性能

利用浸渍法合成了Co₃O₄/SBA-15和CoFe₂O₄/SBA-15介孔纳米磁性材料, 并利用X射线粉末衍射(XRD)、 透射电子显微镜(TEM)、 场发射扫描电子显微镜(FESEM)及振动样品磁强计(VSM)对样品的微观结构和磁性能进行了分析。结果显示, Co₃O₄及CoFe₂O₄纳米颗粒分布在SBA-15介孔材料的孔道中, 可有效提高SBA-15介孔材料的磁性能。研究发现, SBA-15介孔纳米磁性材料的磁特性由掺杂的纳米磁性颗粒的性质决定, 其磁性能随Co₃O₄及CoFe₂O₄含量的增加而升高, 矫顽力可达400Oe, 饱和磁化强度达9emu/g。      

介孔氧化硅分子筛吸附性能研究进展

介孔氧化硅分子筛具有比表面积高、孔容大、孔道介孔化及表面硅羟基丰富的特点,通过功能化改性,被广泛应用于吸附法治理环境问题。从吸附过程影响因素、吸附机理、吸附性能及吸附剂结构出发,概述了介孔氧化硅分子筛在吸附无机物(重金属离子和CO₂)和有机化合物(有机染料、硫化物和挥发性有机物)方面的最新研究进展。分析表明,吸附性能主要由氧化硅结构类型和改性条件决定,制备高选择性吸附剂、提高吸附剂可复用性及开发吸附成套工艺将是未来的发展趋势。     

pH值敏感介孔纳米复合材料SBA-15/PAA的制备与性能研究

通过浸渍吸附的方法将pH值敏感的功能单体-丙烯酸引入到介孔二氧化硅SBA-15的孔道内,经自由基聚合使丙烯酸(AA)在孔道内聚合,成功合成了pH值敏感的SBA-15/聚丙烯酸(PAA)纳米复合材料,所得纳米复合材料的结构通过XRD、TEM、氮气吸附/脱附、TG、FT-IR等手段进行了表征,并进行了pH敏感性能研究.结果表明,当聚合物(PAA)的量达到20%左右时,复合材料仍然具有较大的孔体积0.5203cm3/g和较高的比表面积334.5m2/g.聚合反应的发生没有破坏SBA-15的有序介孔结构,这种纳米复合材料初步显示出了pH敏感性.这种具有高比表面的pH值响应介孔纳米复合材料,有望在药物缓释领域得到应用.     

一种新型膦酸锆孔材料的合成及其对金属离子的吸附性质

骨架含强配位基的有机无机杂化多级孔材料合成是目前吸附研究的一个重要领域。以bis (hexamethylene) triamino-N, N-bisacetyl-phosphonic acid和ZrOCl₂·8H₂O为原料、应用水热合成技术合成了一种新型膦酸锆多级孔材料ZrPTA, 并通过FT-IR、TGA、XRD、XPS、SEM以及元素分析等手段对制备产物进行了表征。研究结果表明, ZrPTA具有棒状微形貌, 其内部存在大量直径为1.38 nm和1.93 nm的微孔以及直径为2.99 nm的介孔, 其表面积为112.2 m²/g。ZrPTA对水溶液中Pb²⁺、Cu²⁺和Cd²⁺三种金属离子具有良好的吸附作用, 最大吸附量分别为742.7、689.8和627.0 mg/g, 远远高于文献报道值。这一性质使ZrPTA具有潜在的废水处理功效, 显示出诱人的应用前景。