木質(zhì)素季銨鹽為模板制備SiO2多孔材料及其對Cu2+的吸附性能.pdf

1、SiO2多孔材料在催化、吸附、分離、生物材料、能源與環(huán)境等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，大孔材料、介孔—大孔復(fù)合材料及多級孔材料的合成是近幾年研究的熱點(diǎn)。具有孔徑調(diào)節(jié)作用的模板劑在多孔材料合成引起研究者廣泛關(guān)注，尤其研究高分子模板劑制備多孔材料的比較多。木質(zhì)素作為一種生物高分子材料在世界上的產(chǎn)量很大，可是研究木質(zhì)素模板劑用于制備多孔材料卻很少。
　　本研究以制漿造紙黑液回收的木質(zhì)素為原料，合成木質(zhì)素季銨鹽為模板劑，通過溶膠—凝膠法制備S

2、iO2多孔材料，通過控制木質(zhì)素的分級、模板劑用量、硅水比和凝聚溫度等因素，控制SiO2多孔材料的孔徑與比表面積，合成孔徑較均勻、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的介—大孔SiO2材料。對合成的SiO2多孔材料進(jìn)行了X-射線衍射(XRD)、紅外光譜(FTIR)、掃描電子顯微鏡(SEM)、熱重—差熱(TG-DTA)、BET比表面積和BJH孔徑的表征，分析了多孔材料的晶型構(gòu)造、結(jié)構(gòu)組成、微觀形貌、熱穩(wěn)定性、孔徑分布與比表面積。研究了SiO2多孔材料對Cu2+的吸附性

3、能，計(jì)算吸附熱力學(xué)函數(shù)，探討了SiO2多孔材料對Cu2+的吸附原理。研究結(jié)果表明:
　　在硅水比為1∶10，水解50℃反應(yīng)5h，凝聚80℃反應(yīng)24h，模板劑添加量為12％時，制備的多孔材料比表面積最大為626.37m2/g。硅水比為3∶20時，SiO2多孔材料的比表面積隨模板劑添加量增加而降低，當(dāng)模板劑用量大于15％時，生成的多孔材料為塊狀;SEM分析結(jié)果顯示，多孔硅材料的表面粒徑在100nm左右，孔徑隨模板劑添加量增加而增大，得

4、到的材料以大孔為主;XRD測定結(jié)果顯示，多孔材料在2θ角為23度有一尖峰，表明去除有機(jī)模板劑后SiO2孔壁為非晶態(tài);TG-DTA測定結(jié)果顯示，模板劑的去除分為3個階段，在溫度達(dá)到550℃時，木質(zhì)素被完全去除，多孔材料達(dá)到恒重。溫度到達(dá)800℃骨架穩(wěn)定，不發(fā)生分解，證明此材料具有良好的熱穩(wěn)定性;紅外光譜結(jié)果顯示，木質(zhì)素季銨鹽存在于復(fù)合材料中，證明木質(zhì)素季銨鹽可以應(yīng)用為造孔劑;煅燒后得到的多孔材料中，木質(zhì)素季銨鹽吸收峰消失，但具有典型的Si

5、O2特征吸收峰，證明多孔材料為硅材料;煅燒使硅材料表面發(fā)生脫水，Si-OH含量減少。
　　木質(zhì)素通過溶解—沉淀分級，得到三個級分，P1(pH=6)、P2(pH=5)、P3(pH=2)，產(chǎn)物經(jīng)GPC測定顯示，平均分子量與分散度都比原料有所降低。以木質(zhì)素分級后P2級分合成木質(zhì)素季銨鹽為模板劑，制備的SiO2多孔材料比表面積最低，為143.42m2/g;其N2吸附—脫附等溫線分析結(jié)果顯示，此材料孔形狀為大孔狹縫式或平行板縫隙式;孔徑分布

6、結(jié)果顯示，多孔材料平均孔徑為21.4nm，總孔容積為0.521cm3/g，介孔孔徑在2.7-5.6nm之間;SEM測定結(jié)果顯示，此材料表面粒徑在100nm左右，最可及孔徑在200nm左右。多金屬氧酸鹽α-K7[SiW9Co3(OH2)3O37]對木質(zhì)素降解反應(yīng)，GPC測定結(jié)果顯示，木質(zhì)素Mw和Mn均比原料降低，但產(chǎn)生大量小分子碎片，使分散系數(shù)變大，不適于制備孔徑均勻的SiO2多孔材料。
　　SiO2多孔材料對Cu2+吸附的平衡時間