具有有序介孔的中空纳米SiO微粒的制备与性能研究

摘要

材料的形态和结构决定了材料的性能，所以材料的形貌与结构一直是材料研究的重要课题之一。由于中空微球材料具有较低的密度、较高的比表面积，使得它们在光、电材料，药物的缓释和控释、包覆材料、催化及废水处理等技术领域具有广泛的应用前景，因而引起了研究者的极大兴趣，而成为材料研究领域内引人注目的方向之一。 本文用溶剂抽提法制备了壳上具有介孔的中空二氧化硅纳米微球，并对其结构及空化机理进行了详细研究，测试了作为缓释体系的特性。 论文的主要内容包括： 1、以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂，制得介孔纳米SiO2微球。所得SiO2微球经过酸性介质去除模板后，具有很明显的孔道结构，并且这些孔道在短程内有序，而长程无序，存在着不同程度的伪莫尔转动的格局，该样的比表面积和孔容分别是740 m2/g，0.45 ml/g。经550℃煅烧去除模板后，仍然保持着较为有序的六方孔道结构，而且伪莫尔转动的现象也可以明显观察到，样品比表面积和孔容分别降低到471 m2/g和0.32 ml/g。 2、以合成出的介孔纳米二氧化硅为原材料，分散于甲醇和水的混合液，通过常温剧烈搅拌一定时间，可得到壳层有介孔的空腔纳米二氧化硅微球(HMS)。通过TEM、XRD表征其形貌和结构，根据对空化过程中60 h的样品分析，结合伪莫尔效应，结果显示，在合成MCM-41材料过程中出现伪莫尔转动格局，从而引起转动带周围缺陷堆积，更加减弱了纳米微粒内部结合力，加以溶剂腐蚀，空化纳米微球，从而合成出一种具有介孔壳层的空腔纳米二氧化硅微球。通过改变搅拌转速，确定剪切力对空化过程的影响。转速越大，剪切力越强，空化时间相应缩短。 3、通过氮气吸附-脱附表征，HMS的比表面积和孔容分别达到728 m2/g，0.85mL/g。而且等温线显示很大程度的滞留回环现象，说明该材料具有明显的大空分布，适合作为药物缓释载体。以溴甲酚绿作为目标物，通过改变压强和温度，调节溴甲酚绿进入空心SiO2微球中的不同部位，对所制备的空腔介孔二氧化硅微球进行染料的装载和释放试验，结果显示该微球腔壁具有可渗透性和缓释性。而且在负压蒸发溶剂的情况下可以得到较高的药物负载量和极大提高缓释性能。 4、通过改变原料MPTMS的用量(100、200、300、400μL)，合成出粒径不一的圆球和长短径比不一棒状纳米介孔二氧化硅。对于产物形貌的改变，我们认为是由于硅烷偶联剂对无机-有机物的粘连，和对无机物改性处理加强分散的双重作用引起的。采用化学溶剂抽提的方法去除模板，棒状结构长短径比较大，内部缺陷发育不好，导致不能空化。 5、采用共沉淀法制备了理论担载量(质量百分数)为1％ Au/ SiO2/TiO2催化剂，对该体系分解臭氧的活性做了研究。研究发现该催化体系活性下降很快，在5 h内下降到70％，说明该体系不适合光分解臭氧实验，可能是因为本实验中二氧化硅材料本身无催化性能，只起到载体分散作用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 介孔分子筛的研究背景和分类

1.1.1 介孔分子筛研究背景和现状

1.1.2 介孔分子筛的分类及特点

1.2 介孔分子筛的合成

1.2.1 介孔分子筛的合成机理

1.2.2 介孔分子筛的合成方法

1.3 介孔分子筛的结构及表征

1.3.1 TEM表征

1.3.2 XRD表征

1.3.3 介孔材料的氮气吸附脱附表征技术

1.4 中空介孔二氧化硅

1.4.1 中空微球基本概况

1.4.2 中空微球的制备方法

1.4.3 中空微球的应用

1.5 课题的提出及本论文的主要内容

参考文献

第二章有序介孔纳米二氧化硅的合成

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验仪器和原料

2.2.2 MCM-S0的制备

2.2.3 化学溶剂抽提制备MCM-41材料

2.2.4 高温煅烧法制备MCM-41材料

2.2.5 不同形貌的MSN的合成

2.2.6 样品表征

2.3 结果和讨论

2.3.1 球状MSN

2.3.2 不同形貌的MSN

2.4 本章小节

参考文献

第三章介孔空腔二氧化硅材料的制备及缓释性能表征

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验原料

3.2.2 MCM-41的空化处理

3.2.3 转速对空化过程的影响

3.2.4 不同条件下HMS负载溴甲酚绿及缓释性能测试

3.2.5材料的表征

3.3 结果和讨论

3.3.1 样品的形貌和结构分析

3.3.2 转速对空化过程的影响

3.3.3 伪莫尔转动效应与纳米微粒缺陷

3.3.4 空化机理分析

3.3.5 HMS的氮气吸附-脱附分析

3.3.6 pH值对HMS缓释的影响

3.3.7 不同封装条件下HMS的溴甲酚绿缓释实验

3.4 结论

参考文献

第四章复合TiO2／SiO2载体的Au／SiO2／TiO2光催化分解O3

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验试剂

4.2.2 催化剂和催化剂玻璃样片的制备

4.2.3 催化剂的表征

4.2.4 臭氧的光催化分解

4.3 结果与讨论

4.3.1 催化剂的电镜分析

4.3.2 臭氧的光催化分解

4.4 本章小结

参考文献

工作总结

硕士期间已发表和已完成的工作

致 谢