新型納米材料的制備、表征及在卷煙降焦減害中應(yīng)用研究.pdf

1、本論文分別采用水熱法、溶劑熱法和氧化還原法制備了新型納米材料，六方相和單斜相LaPO4、CePO4和NdPO4納米線、六方相LaF3納米薄片和四方相AgCuSe納米棒；采用共沉淀法制備了復(fù)合氧化物及其介孔復(fù)合體，研究了納米粉體材料和介孔復(fù)合體在卷煙降焦減害中的應(yīng)用。論文的主要工作總結(jié)如下： 采用水熱法合成了六方相和單斜相LaPO4、CePO4、NdPO4納米線。產(chǎn)物經(jīng)X射線衍射、透射電子顯微鏡、選區(qū)電子衍射、高分辨透射電子顯微鏡

2、和X射線光電子能譜等表征。產(chǎn)物納米線的直徑為5nm-50nm，長度達(dá)幾微米。 研究了溶液的pH值對(duì)稀土正磷酸鹽形貌的影響。當(dāng)pH＜1.0時(shí)，產(chǎn)物的形貌是長的納米線，但pH值超過這個(gè)范圍時(shí)，只生成短的納米棒。其主要原因可能是：隨著溶液的pH值降低，白色沉淀逐漸溶解，Ln3+和HnPO4(3-n)-濃度增大、化學(xué)勢增高、離子運(yùn)動(dòng)速率增大。當(dāng)pH＜1.0時(shí)，沉淀完全溶解，形成澄清無色的溶液，此時(shí)其化學(xué)勢和離子運(yùn)動(dòng)速率達(dá)到最大，這有利于

3、一維納米線的生長。 從晶體結(jié)構(gòu)方面討論了稀土正磷酸鹽納米線的生長機(jī)理。六方相稀土正磷酸鹽晶體結(jié)構(gòu)中沿c軸方向存在著層狀結(jié)構(gòu)，所以晶體沿c軸方向生長時(shí)會(huì)釋放出更多的能量，體系趨于更穩(wěn)定。因此六方相稀土正磷酸鹽晶體會(huì)沿著[0001]方向生長成納米線。與六方相類似，單斜相稀土正磷酸鹽晶體結(jié)構(gòu)中存在著平行于c軸的LnO9-PO4鏈，這可能是單斜相稀土正磷酸鹽沿[001]方向生長的原因。此外，單斜相稀土正磷酸鹽納米線還可以直接由相應(yīng)的六方

4、相稀土正磷酸鹽經(jīng)原位相轉(zhuǎn)化獲得，這已得到溶劑熱晶化法和高溫退火法的驗(yàn)證。 采用溶劑熱法制備了新型LaF3納米薄片，產(chǎn)物經(jīng)X射線衍射、透射電子顯微鏡、選區(qū)電子衍射、高分辨透射電子顯微鏡和X射線光電子能譜等表征。討論了溶劑對(duì)產(chǎn)物形貌的影響，結(jié)果表明：當(dāng)溶劑有配位作用時(shí)，產(chǎn)物為無規(guī)則薄片，當(dāng)溶劑沒有配位作用時(shí)，產(chǎn)物為球形納米顆粒。 采用氧化還原法在室溫下制備了新型AgCuSe三元納米棒，產(chǎn)物經(jīng)X射線衍射、透射電子顯微鏡、選區(qū)電

5、子衍射、高分辨透射電子顯微鏡和X射線光電子能譜等表征。結(jié)果表明：產(chǎn)物是四方相AgCuSe納米棒，其直徑為5nm-20nm，長度為200nm-600nm，產(chǎn)物的純度很高，沒有單質(zhì)Ag、Cu等雜質(zhì)。應(yīng)用化學(xué)熱力學(xué)原理討論了產(chǎn)物AgCuSe的生成機(jī)理。熱力學(xué)計(jì)算表明：在無水乙二胺反應(yīng)體系中最終產(chǎn)物是純AgCuSe。另外，還討論了AgCuSe納米棒的可能生長機(jī)理。溶劑乙二胺作為配體，不僅與Ag+和Cu+形成穩(wěn)定的配合物，而且還能溶解金屬硒、增強(qiáng)

6、硒的反應(yīng)活性。乙二胺在控制AgCuSe的成核和納米棒生長中起著重要的作用。 選擇現(xiàn)有納米粉體材料Al2O3、SiO2和TiO2，分別采用干法和濕法添加到煙絲和濾嘴中，研究其對(duì)煙氣焦油和煙堿釋放量的影響。結(jié)果表明：納米材料干法加到濾嘴中的效果最好，干法加到煙絲中的效果較好，濕法加入的效果不明顯。采用共沉淀法制備了復(fù)合氧化物CuO/Mn3O4及其介孔復(fù)合體。進(jìn)行了復(fù)合氧化物的制備條件試驗(yàn)，確定了較佳條件為：Mn：Cu2：1，NaOH

7、溶液(25％w/w)6mL，不陳化，干燥溫度90℃，煅燒溫度200℃，煅燒時(shí)間3h。復(fù)合氧化物、介孔固體和介孔復(fù)合體經(jīng)X射線衍射和高分辨透射電子顯微鏡表征。介孔固體和介孔復(fù)合體的比表面和孔徑分布用氮?dú)馕椒y定。復(fù)合氧化物和介孔復(fù)合體的催化活性和穩(wěn)定性用小型固定反應(yīng)床和在線氣相色譜進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：復(fù)合氧化物已經(jīng)被組裝到介孔固體的孔中，復(fù)合氧化物為納米粒子，平均粒徑約為4nm，介孔復(fù)合體具有較高的催化活性和穩(wěn)定性。將介孔復(fù)合體添加到濾