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1、-范文最新推荐- 中空介孔二氧化硅的制备及改性 摘要本论文以采用硬模板方法（赤铁矿颗粒α-Fe2O3）为模板制备中空介孔硅球，正硅酸乙酯（TEOS）为硅源，十八烷基三甲基硅烷（C18TMS）为介孔模板剂），用氨水做催化剂，异丙醇和水混合液作为溶剂，最后除去α-Fe2O3。用透射电子显微镜，扫描电子显微镜，X射线衍射仪、N2吸附-脱附仪，傅里叶红外光谱仪对中空介孔二氧化硅的合成过程进行了表征。实验表明制备α-Fe2O3的酸性条件变化对中空介孔微球的形貌和分散性有很大的影响。中空二氧化硅的比表面积和孔容分别为108m2/g和0.26 cm3/g，表面介孔无序，平
2、均孔径为3.7 nm。9541关键字：硬模板法透射电镜 中空介孔硅球毕业设计说明书（论文）外文摘要Title: Fabrication and modification of hollow mesoporous silicaAbstractThis paper proposed a template method to fabricate hollow mesoporous silica spheres, (hematite particles (α-Fe2O3) as a core template, TEOS as silicon source, C18TMS as mesop
3、orous template, ammonia water as catalyst, the mixture of isopropanol and water as the solvent, aqueous ammonia as catalyst, isopropyl alcohol and deionized water as the solvent, then removing α-Fe2O3. The synthesis process of hollow mesoporous silica spheres were confirmed by FTIR, SEM, TEM,
4、N2 adsorption/desorption and power x-ray diffraction (XRD). The experiment shows that the acidity change of forming hard template is vital to the dispersion and morphology of hollow mesoporous silica spheres. The surface area and pore volume of the mesoporous spheres are respectively 108 m2/g and 0.
5、26 cm3/g, with disordered mesoporous on the shell and average pore size is about 3.7 nm.Keywords: hard templateacidityhollow mesoporous silica sphere目录1引言11.1中空介孔二氧化硅的研究2 中空微球2是由核/壳复合结构材料演变而来。中空微球的壳层由各种功能材料构筑而成，中空部分可容纳大量的靶向分子，从而产生一些奇特的微胶囊效应。中空微球具有较低的密度和较高的比表面积，以及特殊的光、电、声、热力学等性质，因而逐渐成为材料研究领域内引人注目的方向之
6、一。目前，人们己经将许多有机、无机材料制成中空结构，常见报道的有陶瓷材料、金属、磁性材料及半导体材料等各种无机材料，这些材料形成中空球结构后，其物理化学性质会有很大变化，使得它们在光电材料，包覆材料，药物的控释，生物活性大分子的保护及废水处理等许多技术领域具有广泛的应用前景。二氧化硅(SiO2)具有化学稳定性好、熔点高、无毒和廉价等优点，其中空微球的研究近年来备受关注。1992年 Kresge和Beck首次合成了一类以硅铝酸盐为基的新颖的介孔氧化硅材料M41S，其中以命名为MCM(Mobile Composition of Matter)-412的材料最引人注目其特点是孔道大小均匀、六方有序排
7、列、孔径在1.510 nm范围可以连续调节，具有高的比表面积和较好的热稳定及水热稳定性，从而将分子筛的规则孔径从微孔范围拓展到介孔领域。另外，由于介孔氧化硅材料所具有的规则可调节的纳米级孔道结构，可以作为纳米粒子的“微型反应器”，从而为人们从微观角度研究纳米材料的小尺寸效应、表面效应及量子效应等奇特性能提供了重要的物质基础。近几年来，介孔氧化硅材料的研究已成为国际上众多领域的一个研究热点。1.2 中空介孔氧化硅球的合成方法目前的研究报告中，氧化硅中空微球的制备主要是在含模板的液相体系中。借助于硅源的酸碱催化，通过锻烧或化学处理等一系列过程而制得。模板剂是用来形成微球的中
8、空部分和微孔的。常用的模板剂可分为硬模板剂和软模板剂。硬模板试剂是指聚苯乙烯（PS）、无机纳米粒子等3（本实验采用的是亚微米级的α-Fe2O3），软质模板是指有机胺、季铰盐、嵌段共聚物等或由它们形成的微乳液、泡囊、聚合体。 1.2.3 单一的软模板的合成方法以硅酸钠为硅源，CTAB为模板，丙醇为溶剂合成具有介孔结构的SiO2中空球5,6。丙醇和CTAB的摩尔比影响介孔SiO2中空球的形貌。其摩尔比在8:1-9:1范围内可得SiO2中空球，摩尔比增大，两个相邻孔的中心距离增大，孔有序性下降。通过Stöber法合成二氧化硅实心微球7，在中空化过程中使用表面修饰剂PVP作为保护
9、，防止微粒团聚，碱液穿透PVP进入微球，将纳米微球腐蚀分解成更小的微粒，利用Si-O-Si的水解-交联的可逆性，在核周围形成壳层，从而形成空腔结构8。1.2.4 两种以上的软模板的合成方法以PVP和CTAB为混合模板9，由于PVP模板的团聚性，一般用来合成空心的微球，而CTAB作为常用的合成介孔材料的模板试剂，将二者混和利用，首先在碱液内PVP团聚，溶入CTAB后即在剧烈搅拌下加入TEOS，搅拌2 h后，高压800 反应48 h，锻烧去除模板即得中空介孔二氧化硅纳米微球。在中空氧化硅球的制备阶段，采用硬模板方法制备中空微球需先制备硬模板剂，而采用软模板方法不需此过程，一般在合成过程中自动形成球
10、状团聚。采用软质模板方法可简捷、快速地制备出纳米孔中空微球。在目前文献报道的中空化处理中，主要是通过锻烧或化学溶剂去除模板，从而达到中空化微球的目的。在中空化过程中，由于硬模板试剂不易溶剂抽提，而合适的复合模板体系较少，且抽提过程复杂。在高温锻烧脱除去模板过程中，Si-OH脱水形成Si-O-Si，构成二氧化硅三维网络结构，导致孔壁坍缩，同时由于失去-OH等官能团，会极大减弱药物与介孔材料之间的相互作用，从而减少介孔材料的吸附性能和缓释性能。1.3 中空介孔氧化硅材料的应用1.3.1 介孔材料的性能特点 1.3.4 环保方面的应用研究随着人类文明的发展，人们已经认识到保护生态环境的重要性和迫切性
11、，并开始注重开发绿色催化工艺。借助分子筛材料的高吸附和催化性能，可以用于吸附及催化有害废气，诸如汽车尾气中的CO、NO等，达到环境保护的目的。利用MCM-41分子筛担载的V2O5- TiO2催化剂，可以有选择地吸附催化NO、NH3、O2混合气体中的NOx等有害气体13。此外，有人合成了包含有机官能团分子的介孔氧化硅材料，可用来吸附并清除对环境污染严重的重金属Hg等14 。随着研究与开发的深入，介孔材料在今后的环境保护工程与实现可持续发展的过程中，将发挥越来越大的作用。1.3.5 非硅体系介孔材料的研究非硅体系介孔材料的合成，可认为是金属离子掺杂改性介孔硅材料的延伸，其合成机理与硅基介孔材料基本
12、类似。利用带电表面活性剂合成了稳定性较差的各种金属离子，如Zn、Pb、Mg、Fe、Co、Ni15等的氧化物介孔材料。随后，又有许多其它非硅系统介孔材料的研究报道，如Al16、V17、Ta18、Ti19、Zr20等。但这些介孔材料由于组成骨架网络的无机盐离子均为无定形相，故都不同程度地存在材料稳定性差的问题。但有人合成了一种具有晶态结构的介孔锰的氧化物(MOMS），具有优越的热稳定性(1000 )，并具有一定的催化与电学特性21。非硅体系介孔材料的合成，改善和弥补了介孔氧化硅材料某些性能的不足，并有可能具备新的物理、化学特性，这为具有新颖性能介孔材料22的开发奠定了基础。1.4 本章小结通过对文献的研究，实验准备阶段大致了解了硬模板法制备中空介孔二氧化硅的原理和制备路径，对后续实验制备步骤和方案有了初步的认识。结合以前催化材料课程关于硅分子筛的学习以及纳米材料的知识，在了解了所制备材料的结构后，对其的性能特点有了比较清晰的认识。中空氧化硅材料在载药性方面的优异的性能使其在生物医药领域有很大的潜在应用价值。 9 / 9