高纯硅胶基质色谱填料的合成

论文摘要

色谱作为一种高效的分离、分析手段,在当今的生产、科研、检测,监测等领域内发挥着越来越重要的作用。作为色谱分离分析的“心脏”色谱柱填料,是实现复杂组分有效分离的关键。硅胶具有机械强度好、容易控制的孔结构和比表面积、化学稳定性好和热稳定性高等优点,成为目前应用最为广泛的色谱填料材料。目前国内外的色谱柱填料制备研究已很成熟,但是传统硅胶柱填料都含有一定量的金属杂质钠、钙、铁和铝等,这些杂质会导致硅胶表面活性增加,导致色谱分离峰严重拖尾,以及出现特异性吸附而影响色谱分离性能,所以高纯硅胶基质的柱填料对色谱对色谱分离分析是至关重要的。加之我国目前使用的高性能色谱柱填料全部依赖进口。因此,高纯硅胶色谱填料的制备研究具有重要的理论意义和实际应用价值。本文以单晶硅粉作为硅源制备出了高纯硅胶基质色谱柱填料,并对其色谱性能进行了评价。其制备步骤如下：首先,在氨水和氨气的催化条件下,单晶硅粉水解制备出高纯、单分散纳米级二氧化硅水溶胶；优化的反应条件是：氨水与硅粉比例为250ml/12g,反应时间为6h,反应温度在80℃,搅拌速度为600rpm时可获得粒径为25m的高纯、单分散球形硅溶胶。第二步,在酸性介质条件下,二氧化硅水溶胶通过聚合诱导胶体凝聚法（PICA）与尿素和甲醛进行缩聚反应,制备出单分散脲醛/Si02复合微球；具体反应条件是：树脂-溶胶质量比为1：3,硅溶胶固含量为12%,尿素-甲醛摩尔比为1：1.5,pH值为1-2,反应时间为10h。第三步,通过真空干燥、高温煅烧等手段将复合树脂微球制备成机械强度高的单分散硅胶色谱柱填料；通过TGA和DTA的实验数据确定对复合树脂微球的热处理是程序升温方法,其程序升温速度为2℃/min,并且在温度达到300℃、500℃和700℃时各保温2h,最终得到粒径分布均匀、单分散性良好、表面密实的球形硅胶。通过电感耦合等离子体-质谱仪（ICP-MS）对制得的二氧化硅水溶胶进行了纯度验证；利用电子显微镜对二氧化硅水溶胶、复合树脂微球、硅胶色谱填料进行了形貌与尺寸研究；二氧化硅色谱填料的BET分析显示：其比表面为190m2/g,平均孔径为10nm和平均孔容为0.47cm3/g；采用匀浆填充法：1：1的氯仿-甲醇作为匀浆液,正已烷作为匀浆顶替液,装柱压力为60MPa,并在正相色谱条件下考察了硅胶色谱柱的性能,柱效在3万塔板数/米左右,不对称因子均0.95-1.09,同时分离了对硝基苯同系物。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 液相色谱填料的分类
• 1.2.1 无机基质填料
• 1.2.1.1 硅胶基质填料
• 1.2.1.2 其他无机基质填料
• 1.2.1.2.1 氧化锆
• 1.2.1.2.2 氧化铝
• 1.2.1.2.3 可控孔径玻璃
• 1.2.2 有机高分子基质填料
• 1.3 硅胶基质填料的制备方法
• 1.3.1 溶胶—凝胶法（SOL-GEL）
• 1.3.2 喷雾干燥法
• 1.3.3 生物微囊法
• 1.3.4 聚合诱导胶体凝聚法（PICA）
• 1.4 单分散硅溶胶
• 1.4.1 硅溶胶
• 1.4.2 单分散硅溶胶的制备
• 1.5 脲醛树脂
• 1.5.1 脲醛树脂固化的经典缩聚理论
• 1.5.2 脲醛树脂的胶体学说
• 1.6 本文选题的目的与意义
• 第二章 高纯、单分散二氧化硅水溶胶的制备
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验药品与实验仪器
• 2.2.1.1 实验药品
• 2.2.1.2 实验仪器
• 2.2.2 实验思路
• 2.2.3 实验流程图
• 2.2.4 实验方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 反应时间的影响
• 2.3.2 反应温度的影响
• 2.3.3 搅拌速度的影响
• 2.3.4 催化剂的选择的影响
• 2.3.5 氨水和硅粉比例的影响
• 2.3.6 硅溶胶纯度的测定
• 2.4 结论
• 2复合微球的制备'>第三章 单分散脲醛/SiO₂复合微球的制备
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验药品与实验仪器
• 3.2.1.1 实验药品
• 3.2.1.2 实验仪器
• 3.2.2 实验流程图
• 3.2.3 实验原理
• 3.2.4 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 树脂-溶胶质量比对形貌的影响
• 3.3.2 硅溶胶固含量对形貌的影响
• 3.3.3 pH值对形貌的影响
• 3.3.4 反应温度对形貌的影响
• 3.3.5 尿素-甲醛摩尔比对形貌的影响
• 3.3.6 反应时间对形貌的影响
• 3.4 结论
• 第四章 复合球的热处理及硅胶性能的评价
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验药品与实验仪器
• 4.2.1.1 实验药品
• 4.2.1.2 实验仪器
• 4.2.2 实验方法
• 4.2.2.1 复合球的热处理
• 4.2.2.2 硅胶性能的非色谱法评价
• 4.2.2.3 硅胶性能的色谱法评价
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 DTA/TGA分析
• 4.3.2 BET法分析
• 4.3.3 色谱柱的填装
• 4.3.4 色谱性能评价
• 4.3.5 应用
• 4.4 结论
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者简介和导师简介
• 附录