殼上具有納米孔的中空SiO-,2-微球的制備與表征.pdf

1、由于中空微球型材料具有較低的密度、較高的比表面積，使得它們?cè)诠?、電材料，包覆材料，藥物的可控釋放，分子轉(zhuǎn)移及廢水處理等許多技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，因而引起了材料物理學(xué)家和材料化學(xué)家的極大興趣，而成為材料研究領(lǐng)域內(nèi)引人注目的方向之一。 本文用溶膠—凝膠法制備了殼上具有納米孔的中空SiO2微球，并對(duì)其結(jié)構(gòu)及制備條件的影響進(jìn)行了詳細(xì)研究，測(cè)試了其吸附和分離特性。 論文的主要內(nèi)容包括：1、以正硅酸乙酯(TEOS)為硅源，辛胺

2、為模板劑，制得殼上具有納米孔的中空SiO2微球。所得中空SiO2微球表面光滑，分散性較好，其平均粒徑為43.13μm；所得的中空SiO2微球的N2吸附等溫線屬于Ⅳ型，等溫線上有滯后圈，中空SiO2微球具有雙?？捉Y(jié)構(gòu)，其中的介孔孔徑為2.1nm，微孔孔徑為O.62nm。經(jīng)計(jì)算，試樣的比表面積和孔容分別是1123m2/g、0.6291ml/g。 2、研究了各種組成(如TEOS/辛胺之比、水的用量、催化劑種類及用量、外加鹽及醇)及反應(yīng)

3、條件(攪拌速度、攪拌及合成時(shí)間)對(duì)中空SiO2微球形貌和顆粒大小的影響。結(jié)果顯示：(1)TEOS/辛胺的體積比為1∶1時(shí)，所得中空微球表面光滑，粒度均勻，分散性較好；如果辛胺的量太多，會(huì)導(dǎo)致球表面不光滑；太少會(huì)使成球率較低；如果不加辛胺，反應(yīng)到1小時(shí)時(shí)還沒有見生成物生成，反應(yīng)進(jìn)行的很慢，TEOS幾乎不水解。(2)水量太多，球表面有小顆粒；水量太少，滿足不了TEOS的水解，反應(yīng)不完全，甚至導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。(3)隨鹽酸用量的增加，中空SiO2

4、微球的有序性降低。(4)加入氨水和乙醇可以減小中空SiO2微球的平均粒徑；而增大Na+濃度，微球的平均粒徑則增大，但微球表面不光滑，球形度差，并且中空不理想。(5)中空微球的平均粒徑與攪拌速度成反比。(6)TEOS與辛胺混合時(shí)間3分鐘，反應(yīng)時(shí)間為30分鐘可獲得較理想的中空SiO2微球。 3、(1)通過TEM和XRD分析了中空SiO2微球的有序性。結(jié)果表明，中空SiO2微球前軀體在有限區(qū)域具有一定的有序性。當(dāng)TEOS與辛胺的體積比

5、大于2時(shí)，這種有序性能保持到較高溫度下；當(dāng)體積比等于或小于1時(shí)，這種有序性在前驅(qū)體煅燒后即消失。煅燒溫度低于750℃時(shí)，殼壁上的孔均具有蠕蟲狀三維連通結(jié)構(gòu)。 (2)通過不同的煅燒溫度以及升溫速率研究中空SiO2微球的熱穩(wěn)定性。結(jié)果顯示，中空SiO2微球形貌的熱穩(wěn)定性較好，但試樣的比表面積和孔容隨溫度的升高逐漸減小，表明中空SiO2微球殼上的納米孔逐漸塌陷。 (3)在一定溫度范圍內(nèi)水熱處理可以提高中空SiO2微球中納米孔排

6、列的有序性。隨水熱處理溫度的升高，衍射峰向2θ減小的方向移動(dòng)。 4、(1)研究了中空SiO2微球的吸附性能。結(jié)果表明，殼上具有納米孔的中空SiO2微球?qū)χ亟饘匐x子Cd(Ⅱ)具有一定的吸附能力。硝酸鎘溶液的PH≤3的酸性條件下不利于中空微球?qū)d(Ⅱ)離子的吸附，PH＞3的弱酸性條件下則吸附效果好；硝酸鎘的初始濃度小于0.2mol/l時(shí)，吸附量隨硝酸鎘的初始濃度的變化不明顯，但當(dāng)硝酸鎘的初始濃度大于0.4mol/l時(shí)，吸附量顯著增

7、加。攪拌時(shí)間以1～4小時(shí)為宜，攪拌時(shí)間太長(zhǎng)，中空微球的顆粒結(jié)構(gòu)被破壞，吸附量將減小。 (2)對(duì)中空SiO2微球的分離性能進(jìn)行初步探討。結(jié)果表明，中空SiO2微球可以作為色譜柱的固定相分離一些混合物質(zhì)，并且在分離二甲基黃和甲基紅方面優(yōu)于柱層析硅膠，但比薄層硅膠差。 論文的創(chuàng)新點(diǎn)：1.研究發(fā)現(xiàn)以單一的軟質(zhì)模板劑辛胺為模板，可快速地制備出數(shù)十微米級(jí)殼上具有納米孔的中空SiO2微球。 2.首次采用殼上具有納米孔的中空Si