多级孔二氧化硅环境修复材料的制备及结构研究

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多级孔纳米材料是近年发展起来的一种新型环境修复材料,这类材料具有较大的比表面积、较高的孔容积及丰富的孔道结构,同时还具有良好的热稳定性、优异的物理化学稳定性,因而在印染废水处理、水中重金属吸附等方面发挥着重要的作用。在多级孔材料的合成过程中,丰富其种类,改变其介观结构,使其孔道从一维发展到二维再到三维立方结构,是此类材料发展最为重要的一个方面。丰富的材料种类为应对复杂的环境变化提供了更多的保障。本文研究了一类具有多级孔结构的环境修复材料的制备方法,并对其结构进行分析。在制备过程中,通过聚电解质与表面活性剂之间的相互作用,诱导合成多级孔结构,通过加入非离子表面活性剂调节该材料的形貌,最终得到形貌可控、具有介孔结构的二氧化硅材料,为研发新型环境修复材料提供实验方法及数据支持。以阴离子表面活性剂月桂酰肌氨酸钠(Sar-Na)与非离子表面活性剂(P123)作为模板剂,阳离子聚电解质聚二烯二甲基氯化铵(PAC)作为结构导向剂,三者共同引导正硅酸乙酯组装水解,制备了具有三维立方Fd-3m对称有序介观相态的二氧化硅材料。研究了Sar-Na、P123、PAC、正硅酸乙酯以及盐酸的用量对样品形貌和结构的影响。其中盐酸的用量对样品的形貌影响最大,这是因为盐酸溶液影响了Sar-Na的质子化程度,控制其与PAC之间的静电作用力,从而改变模板剂的结合方式。三种模板作用下得到了形貌规则、尺寸均匀的介孔二氧化硅球。在未加入盐酸的条件下合成了尺寸均匀的具有介孔结构的二氧化硅球,球的粒径在3?m左右。这种利用复合模板引导无机前驱体组装合成孔材料的方法,开拓了合成不同介观相态介孔二氧化硅的思路,合成的材料对不同尺寸的载体有更好的适应性。利用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)与阴离子聚合物聚丙烯酸(PAA)形成复合模板,在复合模板的基础上加入磷源与钙源合成多级孔有序的生物玻璃(Si O2-Ca O-P2O5),研究了体系p H值、乙醇、磷源对样品的形貌和结构的影响。当加入磷源和钙源之后,破坏了样品的介观相态的有序性,这是因为钙离子与PAA之间相互作用,破坏了模板乳液的稳定性。改变乙醇的含量会改变样品的形貌,不添加乙醇时,得到球形的颗粒,随着乙醇用量的增加,样品的球形形貌逐渐消失,且粘结在一起。在只加入磷源的情况下,合成了具有Pm-3n有序介观相态的多级孔生物玻璃二氧化硅类材料,样品孔道规则有序,且为均匀的球形形貌。
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