【摘要】：中空介孔納米微球因具有高的比表面積、可調(diào)的尺寸及孔道結(jié)構(gòu)、多樣的組分、良好的穩(wěn)定性和生物相容性,在分子的吸附和分離、生物醫(yī)學(xué)、催化等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景,成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。目前,中空介孔納米微球的構(gòu)筑一般是基于模板法和自犧牲模板法,都需要模板粒子的參與,去除模板的過(guò)程較為復(fù)雜、有一定的能耗。因此,發(fā)展簡(jiǎn)單、高效、可控的不需除模板的制備方法勢(shì)在必行。本論文選用兩種常見(jiàn)的硅烷偶聯(lián)劑,通過(guò)引入一個(gè)對(duì)硅烷偶聯(lián)劑在Et OH/HAc混合液中進(jìn)行預(yù)水解的新策略,通過(guò)微乳液法直接得到中空結(jié)構(gòu)納米微球。在此基礎(chǔ)上,通過(guò)選用不同種類的擴(kuò)孔劑,普適性合成了孔徑可調(diào)的中空介孔硅納米微球。進(jìn)一步研究了這種中空介孔硅納米微球?qū)χ亟饘匐x子的吸附性。本論文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:(1)可控制備中空介孔硅納米微球以1,2-二(三乙氧基硅基)乙烷(BTEE)和正硅酸乙酯(TEOS)為硅烷偶聯(lián)劑前驅(qū)物,在乙醇/稀醋酸混合液中進(jìn)行預(yù)水解后,加入含有表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)/聚(乙二醇)-block-聚(丙二醇)-block-聚(乙二醇)(P123)的三乙胺水溶液中,通過(guò)水包油(W/O)微乳液體系的構(gòu)筑,可控制備了中空介孔硅納米微球(HMSs)。通過(guò)改變BTEE/TEOS比例、BTEE/TEOS整體用量、三乙胺的用量、預(yù)水解的時(shí)間及CTAB/P123的用量比例,可以實(shí)現(xiàn)中空介孔硅納米微球的粒徑、殼層厚度、孔道尺寸、產(chǎn)率、組分的調(diào)控,并提出了一種基于組裝膠束、前驅(qū)物共乳化形成O/W微乳液體系形成中空結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理。(2)普適性制備孔徑可調(diào)的中空介孔硅納米微球在W/O微乳液法制備中空介孔硅納米微球的研究基礎(chǔ)上,通過(guò)不同種類擴(kuò)孔劑的引入,包括嵌段共聚物(P123、F127)、有機(jī)疏水性擴(kuò)孔劑(環(huán)己烷、三甲苯),普適性的制備了中空介孔硅納米微球。通過(guò)改變擴(kuò)孔劑的用量,可實(shí)現(xiàn)中空介孔硅納米微球的孔徑的調(diào)控,可以使介孔大小從2.5 nm擴(kuò)大到4.2 nm,并研究了中空介孔硅納米微球擴(kuò)孔可能的機(jī)理。(3)中空介孔硅納米微球?qū)χ亟饘貱u2+的吸附性研究以中空介孔硅納米微球?yàn)槲絼?研究其對(duì)重金屬Cu2+的吸附性。中空介孔硅納米微球?qū)u2+的吸附性受溶液p H影響較大,在p H=6.0情況下,其吸附效果最佳,達(dá)到50 mg/g,Cu2+去除率可到91%。中空介孔硅納米微球?qū)u2+的吸附等溫線符合Langmuir模型,其吸附屬于單層吸附;吸附動(dòng)力學(xué)遵循準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)速率模型,分子內(nèi)擴(kuò)散模型進(jìn)一步表明,其吸附速率由內(nèi)擴(kuò)散及表面吸附作用共同控制;XPS分析表明,中空介孔硅基納米微球表面的-OH基團(tuán)與Cu2+發(fā)生了絡(luò)合作用。吸附Cu2+后的納米微球經(jīng)鹽酸溶液洗脫后,經(jīng)過(guò)5次吸附-解吸循環(huán)后,仍保持良好的中空球形形態(tài),對(duì)Cu2+的去除率仍保持在83%,說(shuō)明具有良好的循環(huán)利用性。
【圖文】：

碩士學(xué)位論文 中空介孔硅納米微球的制備及其重金屬離附制孔劑 CTAB 后，加入帶有兩種不同有機(jī)基團(tuán)的硅在堿性條件下進(jìn)行縮合反應(yīng)，在 SiO2模板粒子表面核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合微球，如圖 1.1 所示，使用 HF 刻蝕掉，最終得到介孔中空有機(jī)硅納米微球。

5圖 1.2 （a）中空介孔納米微球的不同組分框架圖，（b-e）不同放大倍率下的中空介孔納米微球的 TEM 圖此外，還可以通過(guò)納米澆鑄硬模板，將客體前驅(qū)物灌入到提前制備好的介孔材料中，，反相復(fù)制其結(jié)構(gòu)得到目標(biāo)產(chǎn)物[48]。如 Xia 等人[49]將金屬氧化物前驅(qū)物溶液反填到介孔碳球的孔道中，高溫煅燒去除碳球粒子的模板，得到中空介孔金屬氧化物納米微球。可以得到 TiO2、ZrO2、Al2O3、MgO 及其復(fù)合物等一系列結(jié)
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X703;TQ127.2;TQ424

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本文編號(hào)：2703683