试析有机-无机杂化介孔硅基吸附材料的合成及应用研究

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1、大连理工大学博士学位论文有机-无机杂化介孔硅基吸附材料的合成及应用研究姓名：李俊宁申请学位级别：博士专业：化学工艺指导教师：刘长厚;齐涛20080601大连理工大学博士学位论文摘要有机一无机杂化介孔硅基材料是近年来新发现的一类功能材料，具有比表面积高、孔体积大、介孔孔道均匀且可调控等优点，在催化材料、吸附材料、药物控释、能量存储与转化、传感器件等领域有潜在的应用前景，因此，介孔二氧化硅功能材料的制备与应用研究是当前化学化工、材料学、物理学和生命科学领域的研究热点之一。在自然资源日益紧张，强调环境保护和可持续发展的今天，金属的富集回收和再利用具有非常重要的意义。吸附分离技术是一种简

2、单有效且环境友好的回收金属方法，其关键是合成高效的吸附剂。本文以有机一无机杂化介孔硅基材料的合成和介孔二氧化硅的接枝改性为基础，开展了材料的合成、结构表征和金属离子吸附分离的系统研究。在酸性和碱性条件下，分别以嵌段共聚物(E020P070E020)和十六烷基三甲基溴化铵为模板剂，制备了孔壁中嵌有不同含量(O～15％)对苯二亚脲基的周期性介孔有机氧化硅材料(PMOs)。酸性条件下制备的PMOs具有二维六方柱状孔道结构。孔壁中亚脲基之间存在氢键作用，并且随亚脲基含量增加，氢键作用增强。其中PMOo，2的形貌呈较均匀的棒状。碱性条件下制备的PMOs不但具有较高的比表面积，而且具有“蠕虫

3、状’’的双介孔孔道结构。在酸性和碱性条件下制备的PMOs，对酸性溶液中的Au(III)都具有良好的吸附性能。“蠕虫状”双介孔孔道结构使更多的有机基团暴露在PMOs表面，具有更快的吸附速率和更大的吸附量。在吸附过程中，Au(III)能够与对苯二亚脲基相互作用，自动还原为金单质并沉积在PMOs表面。通过均相接枝法将吡唑嫁接在直径为4～69m球形介孔二氧化硅(SMS)孔道表面，得到介孔吸附材料pyrazole．SMS。pyrazole．SMS对溶液中的AuCh。、PdCl42。和PtCl62-离子具有较好的吸附性能，最大吸附量分别为89．4mg／g，40．0mg／g和44．7mg／g，

4、吸附平衡时间为20分钟。介孔孔道有助于提高吸附速率。通过一步或二步接枝法，将氨丙基、咪唑和1，2，4一三氮唑接枝在SBA一15孔道表面，制备出NH2．SBA．15，Imi．SBA．15和Tri．SBA．15。不同接枝基团使材料在溶液不同pH值时具有零电势点。三种材料对Cr(VI)离子均有良好的吸附性能，NI-12．SBA．15对Cr(VI)的最大吸附量达405mg／g。正负电荷吸引和配位作用是吸附过程的推动力。有机基团接枝量越大，吸附量也越大；空间位阻效应大的有机基团使吸附速率减小。关键词：介孔材料；接枝；吸附；贵金属离子；六价铬有机一无机杂化介孔硅基吸附材料的合成及应用研究Sy

5、nthesisandApplicationsofOrganic-InorganicHybridMesoporousSilica—basedAdsorptionMaterialsAbstractInrecentyears，organic-inorganichybridmesoporoussilica-basedmaterials谢n111i曲surface‘area．1argeporevolumeandadjustableporesizehaveattractedmuchattentionacrosstheworld，becausetheyarepromisingincatalys

6、t，adsorption，controlleddilevery，energystorageandconversation，chemicalsensors，etc．Theresearchonthesynthesisandapplicationofmesoporoussilica-basedfunctionalmaterialsisoneofthefocusesinchemistry，materialsscience，physicsandlifescience．Withthegrowingrequirementfornaturalresources，moreemphasisiSlai

7、donsustainabledevelopmentandenvironmentalprotection．Therefore，therecoveryandreuseofmetalsinwastewatersiSadvantagoustomakefulluseofmetalresourcesandeliminatepollution．AdsorptiontechniqueiSregardedasaneffectiveandenvironmentalbenignrouteformeta