论文部分内容阅读
MCM-41自20世纪90年代初合成以来，成为研究最多的一类介孔硅基材料。其显著的特性表现在规则的六方孔道结构、狭窄的孔径分布、极高的比表面积以及壁厚、孔径可调、具有较高的化学稳定性和水热稳定性等优异的性质。有机官能化介孔材料在过去十年中受到了材料、物理、化学等学科的广泛关注。这类材料具有介孔材料和其所搭载的有机基团协作互补的特性：有机基团提供给材料所希望的表面特性或反应活性，而无机的介孔硅骨架提供给材料结构稳定性，化学惰性和可控的孔道结构，高的表面积与分布均一的孔径。后嫁接处理法是介孔材料有机功能化修饰最为常用的方法。MCM-41表面含有的自由硅羟基-SiOH和=Si（OH）2与硅烷耦合剂反应，将烷基、氨基、硫醇等官能团引入介孔，而且这些活性基团可以进一步反应引入不同的功能基团，从而开发出新的功能材料。本论文以介孔分子筛MCM-41为基质，通过后嫁接处理法，制备了一系列的有机功能化的MCM-41介孔材料，具体研究内容如下：1．室温下，以十六烷基三甲基溴化铵为模板剂，合成了介孔分子筛MCM-41。并且通过后嫁接处理法，采用3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氯丙基三乙氧基硅烷修饰MCM-41使其锚固上3-氨丙基、3-氯丙基，得到有机功能化的介孔材料MCM-41-ap和MCM-41-cp。进而从合成的MCM-41-ap出发，选取2-乙酰吡啶、水杨醛、呋喃甲醛和噻吩甲醛与其上的伯胺缩合，形成单Schiffbase功能化的介孔材料1-4；通过亲核取代反应将合成的双2-乙酰吡啶缩二乙撑三胺和双水杨醛缩二乙撑三胺连接到MCM-41-cp上，形成双Schiff base功能化的介孔材料5和6。合成的样品经XRD、IR、元素分析和TGA进行结构和性质表征，证明有机基团键合到了MCM-41孔道内表面，而且有机基团的存在，并没有改变基质的特有结构，即：有机功能化后的MCM-41仍然保持其原有的典型六方介孔结构，只是结构有序度略有减弱。2．采用我们修饰的功能化MCM-41纳米介孔材料1，2，5，6，研究了其对金属离子Fe（Ⅲ），Ni（Ⅱ），Cu（Ⅱ），Zn（Ⅱ），Cd（Ⅱ）和Pb（Ⅱ）的吸附性能。研究发现：吸附剂对单一金属离子的吸附性能受到介质pH的影响，一般来说，pH较高时有较好的吸附性能。4种吸附剂可以作为金属离子的提取剂循环使用。Cu与其他金属离子的二元溶液吸附研究表明，最佳分离系数达到150以上，最小也在数倍以上，可见这些吸附剂在一定程度上可能作为Cu与其他金属的分离材料。论文研究结果，增加了6种的新的Schiff碱嫁接的MCM-41纳米介孔材料，大大丰富了此类纳米介孔材料的品系，也为此类材料修饰和功能化提供了成熟且有效的技术途径，具有无机—有机复合孔道结构材料研究的基础意义；4种功能化介孔材料对金属离子吸附实验结果，筛选并发现有些品系是铜的优良吸附分离材料，可能发展为新的环境化学技术材料；最后，新的Schiff碱嫁接介孔材料，还可以通过探讨催化性能，发展介孔催化材料。这也是本论文后续工作的一个设想。