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.     

介孔炭材料及介孔炭/氧化硅复合材料对大分子有机污染物的吸附

介孔炭材料与活性炭相比具有较大的孔体积和孔径,高的比表面积以及规则的孔道结构,而介孔炭/氧化硅复合材料兼顾了活性炭与介孔材料的优点,因此在吸附大分子有机污染物方面有很好的应用前景。笔者综述了近年来介孔炭,负载/修饰后的介孔炭,介孔炭/氧化硅复合材料的制备和最新研究进展。在制备方面,根据其制备机理的不同可分为硬模板法和软模板法,制备出有序的介孔炭与介孔炭/氧化硅复合材料。在应用方面,重点介绍了介孔炭材料和介孔炭/氧化硅复合材料对大分子有机污染物的吸附性能。进而对介孔炭/氧化硅复合材料在吸附方面的应用进行了展望。     

巯基功能化短孔道有序介孔材料HS-Zr-Ce-SBA-15的合成及吸附性能

以P123为模板剂,正硅酸乙酯（TEOS）为硅源,氧氯化锆和硝酸亚铈为无机前驱盐,3-巯基丙基-三甲氧基硅烷（MPTMS）为硅烷化试剂,通过一步共缩聚法合成了巯基功能化短孔道有序介孔材料HS-Zr-Ce-SBA-15（HS-ZCS）。采用红外光谱（FT-IR）、小角X射线衍射（LXRD）、透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、N2吸附/脱附、热重分析（TG）等手段对HS-ZCS进行了表征。结果表明MPTMS成功地引入到有序介孔材料上,HS-ZCS仍保持了类似于传统SBA-15高度有序的二维六方相介孔结构。对罗丹明6G的吸附实验表明,这种功能化短孔道介孔材料表现出比传统的长孔道SBA-15有更好的传输能力。     

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。     

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.     

十八烷基三甲基溴化铵为模板合成有序介孔氧化硅及其表征

利用表面活性剂十八烷基三甲基溴化铵(STAB)为模板、正硅酸乙酯(TEOS)为硅源、盐酸为催化剂,在较低的表面活性剂浓度下(小于4%)合成了介孔氧化硅,并研究了不同的反应条件对介孔结构及有序度的影响。在热乙醇萃取或者高温煅烧除去模板剂之后,利用红外(IR)、X射线电子衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)以及N2的吸附-脱附曲线对合成的介孔材料进行了表征。结果表明,合成的介孔氧化硅具有MCM-41型有序的孔道结构、大的孔体积(不小于1cm3/g)和BET比表面积(不小于1400m2/g),孔径均一且分布较窄。     

分级结构介孔-大孔氧化铝的研究进展

介孔氧化铝材料自合成以来,因其在催化、吸附等领域的广泛应用受到了极大的关注。随着石油化工领域大分子反应不断增加,介孔氧化铝的使用逐渐受到限制,合成具有分级结构介孔-大孔氧化铝材料将具有重大意义。分级结构介孔-大孔氧化铝因其同时具有介孔和大孔孔道,不仅促进了客体分子在孔道内部的传送、减小扩散阻力,而且增大了孔道的比表面积,有助于改善吸附和分离效率、延长催化寿命,因此在吸附和催化方面具有广泛的应用前景。介绍了采用单模板法、双模板法和无模板法合成分级结构介孔-大孔氧化铝材料,并对材料在吸附和催化领域的应用进行探讨,最后对分级结构介孔-大孔氧化铝材料的发展趋势进行了展望。     

氨基功能化大尺寸SiO2大孔材料的制备及其吸附性能

以具有三维骨架结构的环氧树脂大孔聚合物为整体型模板,利用硅酸酯原位水解和高温烧结制备出大尺寸SiO2大孔材料。在溶剂热条件下,用3-氨丙基三乙氧基硅烷对SiO2大孔材料进行表面修饰,得到氨基功能化SiO2大孔材料(H2N-SiO2)。用SEM和FT-IR对制备的大孔材料进行了表征。以Cu2+和Pb2+为模拟污染物,研究了H2N-SiO2的吸附性能。结果表明,室温下,在pH值为6.5时能有效吸附Cu2+和Pb2+;吸附为放热自发过程;吸附过程符合准二级动力学方程;吸附等温线用Freundlich方程拟合的结果优于Langmuir方程,H2N-SiO2对Cu2+和Pb2+的理论最大吸附量分别为76.0和143mg/g;H2N-SiO2对50mg/L水溶液中Pb2+的去除率可达99.4%,重复使用3次后对Pb2+的去除率保持在87.8%。     

介孔材料可控合成及在核工业中的应用研究进展

介绍了介孔材料可控合成方法及研究进展,综述了介孔材料在核工业中的应用,如用于放射性核素的吸附、分离和废物固化等,并对介孔材料控制合成和应用前景进行了展望。提出应对介孔材料进行孔道结构及形貌控制合成、修饰或功能化研究,制备具有短孔道特殊形貌的介孔材料,提高其吸附性能和选择性;寻求更经济可行的合成路线,降低介孔材料的生产成本,逐步实现产业化;深入研究可控合成机理及介孔材料对放射性核素的吸附机理。     

氨基化修饰介孔Fe_3O_4@SiO_2@mSiO_2磁性吸附剂的制备及吸附性能的研究

以Fe_3O_4为磁核,中间包覆一层SiO_2,再以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂形成介孔二氧化硅,并以3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)为表面官能团化基团,对介孔磁性材料表面进行氨基官能团化。通过XRD、TEM、FT-IR对磁性纳米粒子及核壳式磁性纳米复合粒子进行了表征分析。研究了氨基功能化介孔磁性纳米粒子对水中Cu(Ⅱ)的吸附性能。考察了接触时间、溶液的pH值、初始浓度、吸附剂用量对吸附效果的影响,并对其吸附动力学和吸附等温线进行了研究。同时考察了负载了重金属离子的吸附材料用酸溶液超声处理后循环使用的吸附效率。结果表明,二级动力学模型比一级动力学模型更适合于描述吸附剂对Cu(Ⅱ)的吸附动力学行为,说明吸附过程为化学吸附;其对Cu(Ⅱ)的吸附可用Langmuir吸附等温模型进行较好地描述,说明吸附为单分子层吸附,其对Cu(Ⅱ)的最大吸附量为120 mg/g;最大吸附发生在pH值为5.0,t=120 min时。且吸附剂解吸再生4次后,吸附率还能达到68.75%,说明所制备的氨基功能化磁性纳米材料具有较高的吸附容量,是一种潜在的能高效吸附、可再生利用的去除废水中重金属离子的吸附材料。     

一步法合成具有二级孔道的有序介孔碳材料及其超电容性能研究

以酚醛树脂低聚物为碳前驱体,三嵌段共聚物F127为模板剂,在此过程中加入正硅酸乙酯为硅源,900℃下炭化得到具有介孔结构的碳-SiO2复合物,除SiO2后得到具有二级孔道结构的介孔碳材料.对样品进行透射电子显微镜、N2吸附-脱附表征,并利用循环伏安以及恒电流充放电研究了样品的超电容性能.结果表明,样品具有二级孔道结构,BET比表面积为1657.6m2·g-1,比电容值161.3F·g-1.相比于单一孔道的介孔碳材料,二级孔道结构的介孔碳的循环伏安曲线更接近于矩形,比电容值有了很大提高,随着放电电流的增大其比电容值衰减率更小.     

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。     

含硫纤维素衍生物的性能研究

研究了含硫纤维素衍生物:巯基纤维素(SC)和纤维素磺原酸酯(CCX)这两种材料的性能及它们对重金属离子的吸附性能和吸附机理。实验表明,含硫纤维素衍生物作为一种固体吸附材料其化学性质比无机硫化物稳定,暴露于空气中放置一个月后,SC和CCX含硫量下降率<10%,在室温下,中性水溶液中浸泡10天,其水解率<3%;SC饱和吸附容量(mg/g)为:Hg2 58、Cu2 17、Pb2 55、Cd2 29,CCX饱和吸附容量(mg/g)为:Hg2 82、Cu2 26、Pb2 77、Cd2 49;SC和CCX都易于再生,再生10次后其对重金属离子的饱和吸附容量不变。     

席夫碱桥联介孔SiO_2的合成及其对Cu~(2+)吸附性能的研究

采用水热法,以十二胺为模板剂,苯基桥链硅氧烷为有机硅源的共缩聚法合成桥链双亚胺席夫碱功能介孔二氧化硅(PMOs),并利用FT-IR,XRD,N_2吸附/脱附及TEM对合成的样品进行表征,考察了桥联有机硅源量对PMOs材料结晶和介孔结构特性的影响。结果显示,通过苯基桥链硅氧烷为有机硅源可实现介孔二氧化硅的席夫碱功能化,样品的孔径为2.65~2.96nm的介孔结构范围。但随着桥联有机硅源量的增加,受有机结构的影响,PMOs材料的晶型有序度和介孔规整度下降。吸附性能显示,PMOs材料对Cu~(2+)具有较好的吸附性能,对铜离子(Cu~(2+))的最高吸附率达到90.35%。     

有序介孔材料的合成及应用

自从1992年Mobil公司的研究人员选用烷基季铵盐阳离子表面活性剂作为模板剂,首次合成了介孔氧化硅分子筛M41S系列以来,中孔SiO2纳米粒子(MSNs)始终吸引研究人员,因为介孔材料具有大比表面积、高孔道规整度和孔径分布范围集中等优点,而且具有优良的结构可设计性。结合国内外研究成果,主要介绍了介孔SiO2材料的不同合成方法,如溶胶-凝胶法、微波辅助技术、化学蚀刻技术和模板法等,并简单介绍了其应用,对其未来的发展前景进行了展望。     

树枝状硅基纳米粒子对重金属去除研究进展

树枝状介孔二氧化硅纳米粒子(DMSNs)独特的三维中心辐射状孔道结构使其具有出色的比表面积和孔体积,表面硅羟基官能团可作为功能化活性位点。已有研究表明,DMSNs基新型吸附剂材料能够替代传统二氧化硅材料(如MCM-41和SBA-15),对重金属离子具有优异的去除作用。综述总结了DMSNs基新型吸附剂材料的功能化方法,比较了其和功能化MCM-41或SBA-15对不同重金属离子(Pb²⁺、Cr⁶⁺、Hg²⁺等)和放射性金属离子(U(Ⅵ)、Th(Ⅳ)等)的吸附性能,以期为设计具有优越重金属离子去除能力的DMSNs基新型吸附材料提供理论指导。     

基于短孔道Zr-Ce-SBA-15固定胃蛋白酶的活性生物催化剂

在不外加无机酸的条件下, 通过水热合成法制备了短孔道六方板状有序介孔材料Zr-Ce-SBA-15 (ZCS). 以ZCS和传统SBA-15为载体对胃蛋白酶进行固定, 并利用N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷(AAPTS)对酶固定化材料进行功能化, 以缩小开口孔径从而减少酶泄漏. 采用小角X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、氮气吸附和红外光谱对样品进行结构表征. 结果表明, 胃蛋白酶成功固定到介孔孔道中, AAPTS嫁接到材料中且没有破坏介孔结构. 固定化实验表明相比于SBA-15, ZCS对胃蛋白酶具有较快的吸附速度和较强的固定化能力(最大负载量为257.9 mg/g), 短孔道材料能有效地促进分子的扩散传递. 催化活性测定以牛血红蛋白为探针物, 与游离酶相比, 固定酶对牛血红蛋白保持着稳定的活性.     

介孔TiO_2的合成及其对氟离子的吸附性能研究

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,采用水热法制备了介孔TiO2,对制得的样品进行了XRD、TEM、N2吸附-解吸表征,并探究了不同吸附条件对样品吸附性能的影响。结果表明,所得样品为窄孔道分布,其比表面积为161.2m2/g,最可几孔径为5.2nm;与非介孔TiO2相比,介孔TiO2对氟离子的吸附性能明显优越,其对氟离子的吸附速率符合Bang-ham吸附速率方程,吸附量随氟离子浓度的增大而增大,而且吸附符合Langmuir等温吸附方程,属于放热吸附。     

六方棱柱结构介孔氧化硅材料的合成及其机制探讨

在强酸性条件下合成了具有六方棱柱结构的介孔氧化硅ＭＣＭ－４１材料,并通过ＸＲＤ、氮气吸附、ＳＥＭ、ＨＲＴＥＭ等手段对材料性能进行了表征。结果表明：在微米尺度上具有六棱柱结构的ＭＣＭ－４１材料,是由定向规则排列的纳米孔道组成,表面附着硅酸根离子的表面活性剂胶束按照液晶几何构造定向聚集生长,是导致六方棱柱结构介孔材料形貌生成的主要原因。     

同质异构_SSiO_2/_MSiO_2核/壳复合磨粒的合成

以正硅酸乙酯为硅源、以氨水为催化剂、十六烷基三甲基溴化铵为结构导向模板剂,在单分散实心氧化硅(Solid-SiO2,SSiO2)内核表面包覆介孔氧化硅(Mesoporous-SiO2,MSiO2)外壳,合成了同质异构氧化硅(SSiO2/MSiO2)核/壳复合磨粒。用小角XRD、FESEM、HRTEM、FTIR、TGA和氮气吸附-脱附等手段对样品的结构进行了表征。结果表明,具有放射状介孔孔道的MSiO2均匀连续包覆在SSiO2内核(210-230nm)外表面,形成了厚度为70-80nm的外壳。壳层中的介孔孔道(孔径约2-3nm)基本垂直于内核表面,且复合磨粒样品具有较大的比表面积(558.2m2/g)。用AFM形貌分析和轮廓分析评价了所制备的复合磨粒对SiO2薄膜的抛光特性。与常规实心SiO2磨粒相比,SSiO2/MSiO2复合磨粒明显改善了抛光表面质量并提高了材料去除率。这可能归因于MSiO2壳层通过机械和/或化学方面的作用对磨粒与衬底之间真实界面接触环境的优化。