周期性介孔有机官能化氧化硅材料(PMOs)表面修饰的研究现状

综述了周期性介孔有机官能化氧化硅材料(PMOs)及其表面修饰的研究现状.PMOs的结构与性能取决于有机硅前驱体中有机桥联基团的种类.分布在骨架和孔道内的有机官能基团由于所处的环境以及基团种类的不同,将表现出不同的化学特性,从而赋予材料不同的化学和物理性能.所以近年来,国际上很多研究人员采用不同的官能团对PMOs的孔结构进行修饰,以期获得性能更为优异的新型介孔材料.     

APTES改性介孔硅的制备及对重金属离子的吸附性能研究

以介孔二氧化硅为原材料,将3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)改性接枝到介孔硅表面,对改性介孔二氧化硅进行表征分析。介孔硅具有较高的比表面积,而APTES中的氨基具吸附重金属功能,使得氨基改性介孔硅吸附重金属离子的功能更强。探讨了介孔硅对重金属的吸附性能,考察氨基功能化介孔硅吸附剂对重金属镉离子(Cd~(2+))、铅离子(Pb~(2+))、铜离子(Cu~(2+))的选择吸附作用。实验结果表明,吸附时间8h以上,介孔硅和改性介孔硅对Cd~(2+)的吸附量分别为0.14、0.15mg/g,对Pb~(2+)的吸附量分别为0.14、0.15mg/g,对Cu~(2+)的吸附量分别为0.13、0.15mg/g;在温度为25℃,震荡时间为24h的条件下,改性介孔硅对Pb~(2+)吸附性能最好,吸附量为0.13mg/g,其次是Cu~(2+)为0.02mg/g,最后是Cd~(2+)为0.01mg/g,说明在3种金属的混合溶液中,改性介孔硅对Pb~(2+)有良好选择吸附性。     

TEPA-AM修饰的介孔材料吸附CO2性能的研究

将丙烯酰胺(AM)改性的四乙烯五胺(TE-PA)负载到介孔材料孔道内,形成氨基改性的CO2吸附材料。利用X射线衍射(XRD)、氮气物理吸附-脱附(BET)、红外等方法对样品进行了表征。通过动态吸附法研究了材料的CO2吸附和脱附性能,并与TEPA负载的吸附材料进行了比较。研究结果表明,在制备介孔分子筛MCM-41的过程中得到的一种结构规整度低的材料对TEPA-AM具有较好的分散性能,经过TE-PA-AM修饰的该材料表现出良好的CO2吸附性能,当TEPA-AM负载量达60%,该材料的吸附能力达到159.1mg/g;经过12次循环使用吸附量不下降。     

弱酸介质中介孔Zr-SiO_2的合成及形貌控制

直接在介孔SiO_2中掺杂金属Zr不是十分容易,这主要是由于在强酸介质中,Zr往往不能与Si源一起共缩合而被沉积到介孔SiO_2骨架中。因此,本文采用原位一步合成法,在含有模板剂、盐酸、醋酸锌的弱酸性水溶液中添加Si源和Zr源,通过原位共沉积,直接制备出具有介孔结构的Zr-SiO_2材料。研究结果表明:当合成母液中Zr与Si的摩尔比r≤0.2∶1时,所得样品具有高度有序的介孔结构;继续增加Zr的添加量(r=0.3或0.5)会使有序孔的规整性下降。随着合成体系中r从0.01变化到0.2,样品晶胞参数由9.7nm增加到10.9nm,孔壁厚度由1.4nm增大到2.6nm,证明了Zr对介孔SiO_2骨架的有效掺杂。通过改变样品中的Zr掺杂量还可以调控所得Zr-SiO_2材料的形貌,获得具有蠕虫状、葡萄状和麦粒状等形状规整的粒子。介孔Zr-SiO_2材料在去除水体中有机染料亚甲基蓝中表现出良好的性能。     

无定形介孔SiO_2纳米粉体的仿生合成及表征(英文)

以酵母细胞为模板,采用共沉淀法制备了具有介孔结构的无定形SiO2纳米粉体。采用X射线衍射(XRD)测试出合成的材料为无定形结构,通过氮气吸附-脱附测试证明样品中含有介孔结构,并且样品的比表面积为443.18m2/g,BJH吸附平均孔径为6.24nm。样品的介孔结构也通过TEM得到证实。采用红光光谱测试分析了样品的化学键的键链情况。最后对其合成机理进行了分析,并画出了合成机理的简单模拟图。     

MEA、DEA浸渍改性SBA-15对CO_2吸附性能的研究

为实现CO_2的高效捕集,采用浸渍法将MEA、DEA分别负载到介孔材料SBA-15的孔道内,研究改性前后样品对CO_2吸附性能的影响,其中主要分析不同温度下CO_2吸附量的变化情况。通过X射线衍射(XRD)、低温N2吸附-脱附(BET)、热重分析(TGA)等手段对所得样品进行表征。结果表明,MEA、DEA均负载到SBA-15的孔道内部,且没有破坏介孔结构;经MEA、DEA改性后样品的吸附性能显著提高,最大吸附量分别提高了51%和75%。     

后处理方法对纳米介孔SiO_2形貌结构的影响

采用十四烷基三甲基溴化铵作为表面活性剂,四乙氧基硅烷(TEOS)为无机硅源,在碱性条件下合成纳米介孔SiO2(MSN),并采用回流和煅烧两种不同的后处理方法去除表面活性剂,探讨了不同的后处理方法对纳米介孔SiO2结构形貌的的影响。通过红外、小角X射线衍射、低温N2吸附与脱附以及透射电镜检测。实验表明:回流和煅烧都能得到粒径在100nm左右的圆球状的介孔SiO2,煅烧得到的纳米介孔SiO2的BET比表面积、BJH孔径和孔容均大于回流法得到的样品,且通过小角XRD显示,煅烧得到的材料具有一定的长程有序性,而回流法得到的材料则是完全无序的,并通过TEM证实,煅烧比回流得到的样品的孔结构清晰,有序度高。     

氰基功能化介孔二氧化硅的制备与表征

以2-氰乙基三乙氧基硅烷(CTES)和正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,聚氧乙烯聚氧丙烯聚氧乙烯三嵌段共聚物(P123)为模板剂,采用共缩聚法在酸性条件下合成了氰基功能化的介孔二氧化硅.通过XRD、SEM、氮气吸附脱附、FT-IR和元素分析等技术对样品的结构、形貌、孔性质和官能团等进行了表征.研究结果表明,硅源的混合方式对氰基的引入量和分布有一定影响,其中以直接混合方式所得样品中基团含量最高,其分布也最均匀.另外,随着氰基引入量的增加,样品的形貌与孔结构略有变化.当CTES加入量超过20mol%时,材料的介孔由圆柱形的直孔道向瓶颈型的孔道结构发生转变.同时随着材料中氰基含量增大,样品的孔容由0.70 cm3/g降到0.22 cm3/g、表面积从666 m2/g降到312 m2/g,孔径由4.2 nm减小到2.7 nm,表明氰基分子占据了部分孔道空间.     

基于ZrOCl2-NaCl的协同作用设计合成乙烷桥键介孔材料

以嵌段共聚物P123(EO_(20)PO_(70)EO_(20))作为模板剂,在无酸介质中利用无机盐ZrOCl_2-NaCl的协同作用合成了二维六方结构的乙烷桥联PMOs(periodic mesoporous organosilicas)杂化介孔材料,并借助高分辨透射电镜(HRTEM),小角X-射线散射(SAXS),等温N_2-吸附-脱附以及固体~(13)C CP MAS NMR和~(29)Si CP MAS NMR核磁共振技术等手段对其物性特征进行了表征。结果表明:目标产物具有高度有序的六方孔道排列和有机-无机杂化网络骨架,体现了无机盐组合在目标产物组装过程中的协同作用。     

铝源对介孔氧化铝结构和除As(Ⅴ)性能的影响

基于介孔结构有利于吸附质的吸附,采用非离子表面活性剂P123为模板剂,分别用异丙醇铝、单一硝酸铝、硝酸铝和偏铝酸钠为铝源来合成介孔氧化铝,所得材料依次标记为MA-I、MA-N和MA-S,并就3个材料的除As(Ⅴ)性能进行比较研究。结果表明,3种铝源所得材料均为介孔结构的γ-Al_2O_3,BET表面积大小依次为MA-N(173m~2/g)MA-S(252m~2/g)MA-I(312m~2/g);所含的介孔数量依次为MA-IMA-NMA-S;它们对As(Ⅴ)的最大理论吸附容量依次为MA-I(36.42mg/g)MA-N(24.92mg/g)MA-S(10.50mg/g);影响介孔氧化铝吸附As(Ⅴ)的主要因素是吸附剂的介孔数量。     

后接枝法合成氨丙基修饰的周期性介孔氧化硅材料

以三氯甲烷为溶剂, 氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)为修饰剂通过后接枝法对周期性介孔氧化硅材料(PMOs)进行修饰. 通过固态NMR、氮气吸附、元素分析和UV-vis吸光度测试等手段来表征材料. 结果表明, 氨丙基基团通过共价连接的方式成功修饰到PMOs材料. 尽管随着APTMS修饰量的增加, 比表面积、孔容和孔径都呈下降趋势, 但经25%APTMS修饰的PMOs材料依然具有良好的介孔结构, 其表面积为604m²·g^-1, 孔容为0.62cm³·^-1, 孔径狭窄分布在4.5～5.0nm之间. 修饰后的PMOs对氯金酸有明显的吸附作用.     

桥联聚倍半硅氧烷纳米带的制备

依照文献以L-丙氨酸为手性源合成了一阴离子型两亲小分子化合物,利用圆二色谱研究了该化合物在水中的自组装行为,同时通过溶胶-凝胶复制法,以该手性阴离子型两亲小分子化合物的自组装体作为模板,以(3-胺丙基)三甲氧基硅为结构助剂,以倍半硅氧烷为硅源制备了桥联聚倍半硅氧烷纳米带,并利用扫描电镜、透射电镜和圆二色谱方法研究了该纳米带结构。透射电镜和圆二色谱表征结果表明,1,4-亚苯基桥联聚倍半硅氧烷和4,4′-亚联苯基桥联聚倍半硅氧烷的结构为中间有间隙的双层纳米带,且在纳米和埃的尺度下具有手性。     

微孔桥联有机硅杂化膜的制备方法及影响因素研究进展

桥联型有机硅是以桥联倍半硅氧烷为硅源前驱体,通常利用溶胶-凝胶法水解缩聚反应制得.与传统基于正硅酸乙酯(TEOS)制备的无机SiO_2材料相比,桥联有机硅膜具有更优良的水热稳定性及孔道类型、尺寸、表面性质便于灵活调控等独特优点,使其在气体分离、反渗透脱盐、渗透汽化脱水、有机溶剂分离等领域展现出广阔的应用前景和独特的性能优势.主要介绍了桥联型有机硅前驱体类型、制膜方法以及影响分离性能的因素,并探讨了其在膜分离领域的应用研究进展.     

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。     

立方介孔相二氧化硅的制备及吸附苯酚的研究

以正硅酸乙酯为硅源,氯化-1-十六烷基-3-甲基咪唑为模板,通过水热合成法,在碱性条件下制备出二氧化硅试样。采用XRD、FT-IR和TG对样品进行表征,测试结果表明合成的试样具有立方长程有序结构。同时,将该样品进行苯酚吸附实验,采用高效液相色谱进行分析测试,实验结果表明立方介孔二氧化硅具有较好的吸附性能。     

尿素-过氧化氢混合模板法合成介孔二氧化硅

以尿素-过氧化氢为混合模板、正硅酸乙酯为硅源,在酸性条件下,通过溶胶-凝胶过程合成二氧化硅介孔材料。采用煅烧法除去模板剂,用红外光谱、XRD、N2吸附-脱附、HRTEM等分析测试手段对介孔材料的结构和形态进行了表征。结果表明:与以尿素为单一模板相比,采用混合模板剂所合成介孔材料为蠕虫状,孔径分布基本保持不变、比表面积相近(分别为445、431m2/g)、孔径(分别为7.04、8.11nm)和孔体积(分别为0.783、0.874cm3/g)明显增大。     

介孔Fe-SiO2复合材料的制备及吸附协同催化性能

采用原位一步合成法,在含有模板剂、AlCl₃和H₂O的弱酸性反应体系中,引入Si源和Fe源,通过原位共沉积的方式,成功制备出Fe修饰的介孔SiO₂（Fe-SiO₂）复合材料。采用XRD、N₂吸附、FTIR、UV-vis、SEM和EDS等手段表征了介孔Fe-SiO₂复合材料样品的结构、形貌和化学组成;将所获得的介孔Fe-SiO₂复合材料用于吸附和协同催化去除水体中有机污染物亚甲基蓝（MB）;考察了Fe源添加量对介孔Fe-SiO₂复合材料结构和性能的影响。研究结果表明:合成体系中rFe:Si ≤ 0.05（摩尔比）时,所得Fe-SiO₂介孔材料保留了介孔孔道的高度有序性和大比表面积（860~889 m2·g-1）,Fe在介孔Fe-SiO₂复合材料中主要以四配位骨架掺杂的形式存在;当rFe:Si=0.1时,其比表面积下降为526 m2·g-1,Fe以骨架内和骨架外氧化物的形式共存于介孔Fe-SiO₂复合材料中。所有介孔Fe-SiO₂复合材料在去除MB的实验中均表现出很大的吸附容量和优良的多相类芬顿催化能力。其中,rFe:Si=0.05时所获得的介孔Fe-SiO₂复合材料样品性能最佳,对高浓度MB（250 mg·L-1）的吸附和催化总量达到213 mgg-1。      

石墨化碳材料对苯蒸气吸脱附性能的研究

以苯酚和甲醛为碳前驱体,水合氧化钴为模板剂,采用模板-催化法合成了介孔石墨化碳材料。采用TG和FT-IR分析前驱体的热处理过程,XRD和Raman光谱分析材料结构,BET和TEM分析材料的微观形貌,评价了样品对苯蒸气的吸脱附性能,并对吸附穿透曲线进行拟合。结果表明:合成过程中模板剂的加入量以及模板剂是否去除对样品的比表面积、孔结构及吸附性能有很大的影响。CCo1样品石墨化结构最好,比表面积为287.638m2/g,孔径为19.075nm,吸附量为19.615μmol/g;CCo3样品中不仅含有石墨化碳还含有大量的Co氧化物,可能存在协同效应促进了吸附性能,其吸附量最大为34.615μmol/g,但脱附效率仅为89%。     

双功能性离子液体溶胶-凝胶法制备介孔SiO_2

首先合成了一种新型双功能性离子液体1-甲基-3-(3'-磺酸丙基)咪唑十二烷基磺酸盐([PMIM(SO3H)][C12SO3]),并采用FT-IR、1H NMR和13C NMR对其结构进行了表征;进一步以该离子液体为模板剂和酸源,以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,通过溶胶-凝胶法制备出介孔SiO2,利用TGA和FT-IR研究了介孔材料的形成过程,采用SAXRD、SEM、TEM和氮气等温吸附-脱附等手段对介孔材料的结构形貌进行了表征,并研究了其对Pb2+的吸附性能。结果显示,以[PMIM(SO3H)][C12SO3]为模板剂和酸源制备的介孔SiO2其比表面积、孔容、平均孔径大小分别为1 010m2/g、0.95 cm3/g、3.25 nm,其对重金属Pb2+有很好的吸附性能。     

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.