階層多孔材料的制備機(jī)理及應(yīng)用研究.pdf

1、階層多孔材料(Hierarchically porous materials)是一種孔尺寸呈梯度分布的多孔材料，其孔結(jié)構(gòu)上同時分布有大孔、介孔和微孔，構(gòu)成獨特的梯度多孔結(jié)構(gòu)，并擁有優(yōu)越的孔表面特性以及塊體狀的外觀形貌，有望克服目前粉末、薄膜狀多孔材料存在的孔徑分布單一、物質(zhì)快速輸送與高表面活性不兼容、多孔材料使用不方便等諸多問題，并在分離、吸附、過濾、催化等重要領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，已成為多孔材料的研究熱點。
　　本文在綜合論

2、述階層多孔材料研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，首先系統(tǒng)研究了竹炭的炭化、二次活化及光催化材料改性等，分析了炭化工藝、二次活化參數(shù)、負(fù)載光催化材料對竹炭孔道結(jié)構(gòu)、孔表面特性、吸附功能的影響機(jī)制，制備出兼具品字形直通大孔、細(xì)胞壁上分布介孔和微孔的階層多孔竹炭材料。然而，受竹材物質(zhì)特性的限制，階層多孔竹炭存在大孔非三維連續(xù)貫通、微孔及介孔數(shù)量不易控制的缺點。為此，課題進(jìn)一步開展三維連續(xù)貫通的階層多孔材料制備的研究。選取無機(jī)化合物磷酸鋁(AlPO4)和二氧化

3、鈦(TiO2)為研究對象，采用溶膠-凝膠伴隨相分離制備AlPO4和TiO2階層多孔材料，分析了相分離誘導(dǎo)劑、溶劑、凝膠促進(jìn)劑對兩個系統(tǒng)的溶膠-凝膠轉(zhuǎn)化與相分離過程的影響特征，揭示溶膠-凝膠轉(zhuǎn)化與相分離協(xié)同控制機(jī)制，制備出三維貫通大孔、骨架上分布介孔和微孔、外觀呈塊體形狀的AlPO4和TiO2階層多孔材料，并實現(xiàn)大孔孔徑尺寸、微孔及介孔數(shù)量等孔結(jié)構(gòu)及表面特性可控;課題的研究為階層多孔材料在多功能長效吸附、高效負(fù)載催化、高效液相色譜等領(lǐng)域的

4、應(yīng)用拓展奠定重要基礎(chǔ)。
　　論文的創(chuàng)新點在于:(1)開展了竹炭的二次活化和光催化材料改性制備階層多孔竹炭研究，不僅提高了品字形大孔孔徑，增加了細(xì)胞壁上的介孔和微孔的數(shù)量，而且借助光催化材料實現(xiàn)大孔孔道重構(gòu)，使竹炭比表面積高達(dá)767m2/g;(2)開展了溶膠-凝膠伴隨相分離制備階層多孔AlPO4材料研究，借助環(huán)氧丙烷(PO)不可逆開環(huán)反應(yīng)快速增加體系pH實現(xiàn)溶膠-凝膠轉(zhuǎn)化，以及聚氧化乙烯(PEO)誘導(dǎo)體系發(fā)生Spinodal相分離，

5、得到Φ1.5cm×1cm的三維連續(xù)貫通AlPO4階層多孔塊體材料，其大孔尺寸約2～5μm，介孔約10～12nm，經(jīng)水熱處理后多孔材料的比表面積達(dá)到282m2/g;(3)以廉價工業(yè)試劑TiOSO4為原料，乙二醇為螯合劑，甲酰胺為凝膠促進(jìn)劑，通過溶膠-凝膠轉(zhuǎn)化及相分離的協(xié)同控制，制備得到三維貫通多孔結(jié)構(gòu)Φ1.3cm×0.8cm的TiO2階層多孔塊體材料，其大孔尺寸約1～5μm，介孔約3～4nm，其比表面積達(dá)228m2/g，為低成本制備階層多