掺杂型有序介孔氧化硅的合成及其应用研究进展

掺杂型有序介孔氧化硅作为典型的固体酸材料,具有良好的催化氧化性、光/p H/温度响应性和吸附性能,在诸多领域得到广泛的应用。综述了掺杂型有序介孔氧化硅的制备方法,讨论了这些方法的技术关键及优缺点;此外,总结了掺杂型有序介孔氧化硅在工业催化、生物药物、环境工程领域的应用,并展望了其应用发展的前景。     

硼掺杂石墨烯对废水中铬(Ⅵ)的吸附性能及吸附机理研究

以硼酸为掺杂剂、氧化石墨烯(G)为前驱体,通过一步水热法制备出硼掺杂石墨烯(B-G),并首次利用静态吸附实验研究其对废水中Cr(Ⅵ)的吸附性能和吸附机理。结果表明,硼掺杂可显著提升G对Cr(Ⅵ)的吸附性能,其中B-G-3对Cr(Ⅵ)的吸附效率超过80%。吸附Cr(Ⅵ)的最佳pH值为2;吸附率随着投加量的增加而增大,吸附量随着Cr(Ⅵ)初始浓度的增大而增大;温度升高有利于吸附进行。当pH=2,吸附剂投加量为20 mg,Cr(Ⅵ)初始浓度为100 mg/L,45℃条件下吸附12 h,B-G-3对Cr(Ⅵ)的吸附量高达119.5 mg/g。SEM、BET、FTIR、XRD和Raman检测表明,B-G-3为具有微介孔结构的纳米片状无定型碳,比表面积和孔体积分别为192.14 m~2/g和0.50 cm~3/g,且表面带有大量的含氧和含硼官能团。吸附的机理主要为微介孔的物理吸附以及表面含氧及含硼官能团的化学吸附。     

硼掺杂石墨烯对废水中铬(Ⅵ)的吸附性能及吸附机理研究

以硼酸为掺杂剂、氧化石墨烯(G)为前驱体,通过一步水热法制备出硼掺杂石墨烯(B-G),并首次利用静态吸附实验研究其对废水中Cr(Ⅵ)的吸附性能和吸附机理。结果表明,硼掺杂可显著提升G对Cr(Ⅵ)的吸附性能,其中B-G-3对Cr(Ⅵ)的吸附效率超过80%。吸附Cr(Ⅵ)的最佳pH值为2;吸附率随着投加量的增加而增大,吸附量随着Cr(Ⅵ)初始浓度的增大而增大;温度升高有利于吸附进行。当pH=2,吸附剂投加量为20 mg,Cr(Ⅵ)初始浓度为100 mg/L,45℃条件下吸附12 h,B-G-3对Cr(Ⅵ)的吸附量高达119.5 mg/g。SEM、BET、FTIR、XRD和Raman检测表明,B-G-3为具有微介孔结构的纳米片状无定型碳,比表面积和孔体积分别为192.14 m²/g和0.50 cm2/g和0.50 cm³/g,且表面带有大量的含氧和含硼官能团。吸附的机理主要为微介孔的物理吸附以及表面含氧及含硼官能团的化学吸附。     

Al-SBA-15有序介孔材料的光化学合成与表征

以三嵌共聚物PEG-PPG-PEG(P-123)为模板剂,正硅酸四乙酯为硅源,硫酸铝为铝源,通过光化学法合成了Al-SBA-15有序介孔材料。利用XRD、SEM、N_2物理吸附与化学吸附等对Al-SBA-15介孔材料进行了表征分析。研究了硫酸铝的加入量对SBA-15介孔材料的有序度、表面形貌、铝掺杂量和固体酸量等的影响。结果表明:光化学法合成了铝掺杂的SBA-15,随着硫酸铝加入量的增加,SBA-15的二维六方介观结构被逐渐破坏;当投料比Si/Al为5时,所得Al-SBA-15的介孔结构保持完好,骨架结构中Si/Al为16.5,产生了酸性活性位点,比表面积达到(693±5)m~2·g~(-1)。     

锰掺杂有序介孔氧化硅材料的合成研究

采用十六烷基三甲基溴化铵和十六胺为混合模板剂，在碱性条件下水热合成锰掺杂氧化硅有序介孔材料Mn-MCM-41。借助XRD，IR，HRTEM，N2吸附等测试手段对其有序介孔结构及孔结构进行表征。XRD和HRTEM检测表明：所合成材料具有高度的长程有序结构；依据样品的N2吸附曲线，合成材料具有毛细凝聚的陡峭台阶和狭窄的孔径分布。实验结果表明：十六胺的适量加入，可提高Mn掺杂介孔氧化硅材料的长程有序程度，并初步从界面作用和表面活性剂堆积准数两方面分析了混合模板剂在Mn掺杂有序介孔氧化硅材料合成中的作用机理。     

氮掺杂介孔碳制备及吸附脱除气相污染物研究

采用SBA-15作为硬模板,成功制备了氮掺杂的介孔碳材料(NOMC),结果表明NOMC具有较大比表面积和孔道结构。以丙酮和罗丹明B为底物评价了NOMC吸附性能,发现碳化温度对氮掺杂介孔碳材料的吸附性能有显著的影响,在800℃下碳化形成的NOMC具有最好的吸附性能。此外,研究发现掺杂氮可以显著提高介孔碳材料的吸附脱除性能。这是因为氮元素的掺杂使得碳材料的电子分布发生改变,调节了样品的极性,提高了对极性有机分子的吸附能力。     

ZrO2掺杂介孔活性炭材料的制备及除磷性能研究

以废弃甘蔗渣为碳源制备了ZrO_2掺杂介孔活性炭材料,并对其除磷性能进行了研究。采用FT-IR、XRD、SEM和N2吸附-脱附实验对材料进行了表征,结果表明,该材料成片状,具有高比表面积和介孔结构。吸附实验结果表明,锆的最佳掺杂量为甘蔗渣质量的10%,理论最大吸附容量为41.41 mg/g(308 K)。材料对磷酸盐的吸附符合准二级动力学模型和Langmuir模型,且为吸热过程,包含物理吸附和化学吸附,遵循静电吸附和离子交换机制。     

氧化硅/α-Fe2O3多孔结构的制备及Cr(Ⅵ)吸附性能

制备多孔结构是提高材料对重金属离子吸附能力的一种有效方法.利用stober法制备了氧化硅/β-FeOOH核壳结构,研究了原料比例(硅源和氨水的比例)和包覆次数对氧化硅层厚度的影响.再将氧化硅/β-FeOOH核壳结构在500℃煅烧,得到了具有优异吸附能力的氧化硅/α-Fe2O3多孔结构.对比分析了氧化硅/β-FeOOH核壳结构和氧化硅/α-Fe2O3多孔结构对Cr(Ⅵ)离子的吸附动力学和平衡吸附规律.研究了氧化硅层的厚度对重金属离子吸附性能的影响,氧化硅层厚度为50 nm的氧化硅/α-Fe2O3多孔结构对Cr(Ⅵ)离子表现出优异的吸附能力.     

介孔Zn-Si材料对水中亚甲基蓝的吸附研究

采用化学沉淀法制备了一系列的Zn改性氧化硅(0.1Zn-Si、0.2Zn-Si和0.4Zn-Si)和纯氧化硅(0.0Zn-Si)介孔材料,并探讨了介孔Zn-Si材料对亚甲基蓝(MB)的吸附行为。详细的考察了p H、时间和温度对吸附量性能的影响。结果表明,在酸性条件下,Zn-Si样品的吸附容量高于纯的Si O2材料,特别是0.2Zn-Si样品的吸附量达到228.88 mg/g;实验数据表明,Zn-Si介孔材料对亚甲基蓝的吸附过程符合假二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型。     

Al掺杂SBA-15介孔材料的合成与吸附性能研究

采用两步水热法合成了Al掺杂SBA-15介孔分子筛,并且用XRD、SEM、N2吸附与UV-Vis对所合成的样品进行表征。考察了Al掺杂SBA-15介孔分子筛的有序度、表面形貌、比表面积、Si/Al比以及对亚甲基蓝吸附性能的影响。结果表明:介孔材料保持了完好的二维六方介孔结构,表面形貌无变化,比表面积减小,铝元素均匀地掺杂于SBA-15的骨架当中,Si/Al约为21. 4; Al掺杂SBA-15对水溶液中的亚甲基蓝展现出良好的吸附性能,在15min内,吸附率达96%。     

Characterization and Cu（Ⅱ）adsorption property of rice-husk-char-based porous silica with large specific surface area

以热解稻壳炭为原料,H3PO4为酸化剂,聚乙二醇为模板剂,制得了多孔氧化硅;采用N2吸脱附、X射线荧光光谱、X射线能谱、X射线衍射等测试技术表征了制得的多孔氧化硅,采用批量吸附实验考察了它对水溶液中Cu（Ⅱ）的吸附特性。结果表明：以稻壳炭为原料,可以在10 h内制得比表面积达957 m²·g^-1、二氧化硅含量为99.26%的无定形多孔氧化硅;该氧化硅含有中孔与微孔,中孔率为38.6%相似文献   

Zn-MCM-41介孔分子筛的合成及结构表征

以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为模板剂,正硅酸乙酯（TEOS）为硅源,乙二胺为碱性介质,当n（TEOS）：n（Zn（NO3）2）：n（CTAB）：n（H2NCH2CH2NH2）：n（H2O）=1：0．01：0．13：2．2：120合成Zn-MCM-41介孔分子筛,通过XRD、IR、N2吸附脱附、NH3-TPD等方法对分子筛的晶体结构和表面物性进行了研究,结果表明,合成的分子筛具有典型的六方介孔结构特征,孔径分布较窄,具有较大的比表面积和较强的酸性。     

水热法制备Mn_3O_4及其对水中刚果红的吸附研究

用水热法制备Mn3O4材料,通过调整反应中Mn（NO3）2与H2O2溶液的体积比,研究H2O2对反应产物的种类和形貌的影响。结果发现,适量H2O2有助于Mn3O4的生成,但是过量的H2O2会导致产物向纳米线状MnO2的生成。用粉末X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FE-SEM）、氮气吸附脱附技术对样品进行了表征,并考察了Mn3O4对水中刚果红的吸附性能。结果表明,水热法制备Mn3O4材料,其比表面积（BET）可达119.31 m2/g;Mn3O4对刚果红的吸附符合准二级动力学方程,平衡吸附数据符合Langmuir吸附等温模型;当Mn（NO3）2与H2O2的体积比为2∶1时,在140℃下水热反应15 h合成的Mn3O4对刚果红的吸附效果最佳,最大吸附量可达81.63 mg/g。     

微通道反应器共沉淀法制备钴掺杂一氧化锰及其储锂性能

以乙酸锰、乙酸钴、草酸为原料，采用微通道反应器共沉淀法合成了花朵状的钴掺杂氧化锰（Mn1-xCoxO）锂离子电池负极材料。采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）对电极材料的结构、形貌和元素状态进行了表征。采用恒流充放电测试和电化学工作站研究了钴不同掺杂量对一氧化锰负极材料电化学性能的影响。研究发现，随着钴掺杂量逐渐增加，Mn1-xCoxO由棒状演变为花朵状结构，比容量随着钴掺杂量增加先增加后下降。合成的Mn0.95Co0.05O在5C倍率下循环200次后放电比容量为496.7 mA·h/g，与未掺杂的一氧化锰相比其比容量提高约40.0%，显示出较好的电化学性能。     

酰胺功能化SBA-15对铀(Ⅵ)的吸附研究

本研究将1-[3-(三甲氧基硅烷)丙基]脲基团嫁接在介孔材料SBA-15上,在15℃下实验研究了pH值、离子强度、时间对该材料对铀吸附的影响。介孔材料经过XRD,N2吸附脱附进行表征。结果表明,该材料对UO22+的吸附受pH值、离子强度影响较大,材料对铀酰离子吸附模型符合Langmuir模型,吸附容量达78 mg/mL。     

交联剂对聚丙烯酸酯多孔材料性能的影响

以丙烯酸丁酯和丙烯酸异辛酯为单体,分别以二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)、二乙烯基苯(DVB)为交联剂,采用高内相比乳液模板法制备了聚丙烯酸酯W/O型的乳液,所得乳液经固化得多孔材料。通过SEM、UV-Vis、TGA等表征手段讨论了两种交联剂对聚合物多孔材料的结构与性能的影响。结果表明:使用DVB作为交联剂的多孔材料泡孔排布更加紧密有序且孔径较小,对罗丹明B水溶液的吸附性能相对较高,其多孔材料的耐热温度高了60℃左右。     

Protein Adsorption onto Modified Porous Silica by Single and Binary Human Serum Protein Solutions

Typical porous silica (SBA-15) has been modified with pore expander agent (1,3,5-trimethylbenzene) and fluoride-species to diminish the length of the channels to obtain materials with different textural properties, varying the Si/Zr molar ratio between 20 and 5. These porous materials were characterized by X-ray Diffraction (XRD), N₂ adsorption/desorption isotherms at −196 °C and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), obtaining adsorbent with a surface area between 420–337 m² g⁻¹ and an average pore diameter with a maximum between 20–25 nm. These materials were studied in the adsorption of human blood serum proteins (human serum albumin—HSA and immunoglobulin G—IgG). Generally, the incorporation of small proportions was favorable for proteins adsorption. The adsorption data revealed that the maximum adsorption capacity was reached close to the pI. The batch purification experiments in binary human serum solutions showed that Si sample has considerable adsorption for IgG while HSA adsorption is relatively low, so it is possible its separation.     

硅胶嵌入多孔纸基对苯蒸气吸附性能

苯蒸气作为一种典型的有害VOC污染物，研究对其的高效净化处理具有重要意义。纸基材料是一种密度小、孔隙率高、机械强度高的多孔材料，分析以木浆纤维纸、陶瓷纤维纸作为多孔基材，通过多次硅溶胶浸泡的方法制得硅胶嵌入多孔纸基吸附材料样片。通过扫描电镜SEM研究两种纸基材料表面的形貌及结构，采用重量法蒸气吸附仪对不同上胶次数的两种基材样片进行吸附性能测试。测试结果表明：木浆纤维纸和陶瓷纤维纸6次上胶率高达3.38 g/g和8.66 g/g; 0.1分压苯蒸气下30 min样片吸附量即可达到最大吸附量的80%；两种硅胶嵌入多孔纸基样片吸附容量在0.8分压苯蒸气下均超过100 mg/g；在4次上胶时样片表现出最佳的苯蒸气吸附性能。此外，通过对实验结果进行分段拟合得到吸附特征曲线。     

Adsorption of l-histidine over mesoporous carbon molecular sieves

Mesoporous carbon, CMK-3, was prepared by large pore hexagonal mesoporous silica SBA-15. The structural order and textural properties of all the materials were studied by XRD, HRTEM, and nitrogen adsorption. Adsorption of l-histidine (His) over various porous adsorbents such as CMK-3, SBA-15, and activated carbon was studied from solutions with different pH. His adsorption was observed to be pH dependent with maximum adsorption near the isoelectric point of the amino acid. CMK-3 showed a larger amount of His adsorption as compared to SBA-15 and the conventional adsorbent, namely activated carbon. CMK-3 registers the total adsorption capacity of ca. 1350 μmol g⁻¹ which is ca. 12 times higher than the adsorption capacity of SBA-15. This large difference could be mainly due to the stronger hydrophobic interaction between the non-polar side chains of amino acids and the hydrophobic surface of the mesoporous carbon as compared to mesoporous silica. The influence of ionic strengths on the adsorption of His was also studied and the results are discussed. Nitrogen adsorption of CMK-3 after His adsorption confirmed that His molecules are tightly packed inside the mesopores.     

浸渍液体积对有序介孔SiO2微球中Ce／Cu负载的影响

实验以Ce（NO3）3·6H2O和Cu（acac）2为原料溶于乙醇制备前驱体溶液,采用浸渍法在MCM-41有序介孔二氧化硅微球中负载Ce／Cu氧化物,最终得到负载氧化铈和氧化铜的MCM-41多孔复合微球。结果表明,Ce／Cu负载于微球的介孔中;随着浸渍液体积的增加,Ce／Cu负载量增大。