多孔氧化物微球的制备与表征

论文摘要

自从1992年，Mobil公司发明了以超分子模板法合成介孔氧化硅分子筛M41S以来，越来越多的研究者以超分子模板法合成具有不同组成，新型孔道结构以及具有特殊性质的多孔材料。本文选择具有单分散高比表面积的二氧化硅为研究对象，利用化学方法将氧化物如氧化钛和氧化铝包覆在二氧化硅微球的表面，形成具有单分散、高比表面积、且有“核—壳”结构的氧化物复合微球，旨在研究这种新型复合微球的制备方法，并研究“壳层”材料对微孔二氧化硅微球的宏观粒径、形貌、微观孔结构及性能的影响。 本论文工作主要分为五个部分：第一部分以1-烷基胺（alkylamine）为模板剂，通过正硅酸乙酯（TEOS）的水解-缩聚反应，制备出单分散的多孔二氧化硅微球。通过改变1-烷基胺的碳链长度，二氧化硅的颗粒大小、形貌和孔结构都受到明显地影响。随着1-烷基胺的碳链长度的增加，其孔尺寸、孔隙率和孔体积增加，相反比表面积减小。相比之下，用十二胺为模板剂比十六胺和十八胺可得到质量更好的二氧化硅微球，它的最佳合成条件如下：正硅酸乙酯浓度范围为0.11-0.18mol L-1；十二胺浓度为0.016-0.24mol L-1；水解反应温度为15℃左右。随着试样焙烧温度的升高，其比表面积、孔容逐渐增大，而平均孔径变得越来越小。小角X射线衍射（XRD）和高分辨透射电镜（HRTEM）的结果证明用此种方法合成的二氧化硅微球具有无序的微孔结构。 第二部分以前一部分介绍的单分散高比表面积的SiO2为核，利用静电吸附沉积法在SiO2微球的表面均匀涂覆TiO2胶体颗粒，合成具有单分散且高比表面积的SiO2／TiO2复合微球。SiO2／TiO2复合微球的分散性和形貌与悬浮液的pH值有关，要使TiO2胶粒均匀涂覆在SiO2微球的表面，悬浮液的最佳pH范围为3.0～5.0。合成的SiO2／TiO2复合微球在600℃煅烧后的比表面积和孔体积分别为960m2g-1和0.48mLg-1。 第三部分采用单分散高比表面积的SiO2为核，钛酸丁酯（TTBT）在羟甲基纤维素（HPC）为表面脂化剂和多孔模板剂的作用下水解，合成以微孔SiO2为核、介孔二氧化钛为壳的具有“核—壳”结构的SiO2／TiO2复合微球。复合微球的大小和形貌与混合溶液中HPC的添加量有关。当调控HPC的浓度为3.2mmolL-1时，可得到分散性良好且TiO2涂层均匀的SiO2／TiO2复合微球。经900℃热处理后的SiO2／TiO2复合微球中即含有锐钛矿相又含有金红石相。这种“核-

论文目录

• 第一章 前言
• 1.1 纳米结构材料概述
• 1.1.1 纳米科学和技术的发展史
• 1.1.2 多孔纳米结构材料的定义和起源
• 1.2 纳米多孔材料的模板制备方法
• 1.2.1 硬模板法制备多孔材料
• 1.2.2 软模板法制备多孔材料
• 1.3 表面活性剂在介孔分子筛合成中的形成机理
• 1.4 利用表面活性剂合成介孔材料的路线
• 1.5 介孔材料不同形态的控制
• 1.6 介孔材料的应用
• 1.7 论文选题
• 参考文献
• 第二章 单分散微孔二氧化硅微球的制备与表征
• 2.1 烷基胺碳链长度对二氧化硅微球大小、形貌和孔结构的影响
• 2.1.1 引言
• 2.1.2 实验部分
• 2.1.2.1 实验步骤
• 2.1.2.2 样品表征
• 2.1.3 结果与讨论
• 2.1.3.1 热重分析
• 2.1.3.2 IR分析
• 2.1.3.4 SEM分析
• 2吸附—脱附等温线分析'>2.1.3.5 N₂吸附—脱附等温线分析
• 2.1.3.6 本节小结
• 2.2 反应浓度和合成条件对二氧化硅微球大小、形貌和孔结构的影响
• 2.2.1 引言
• 2.2.2 实验部分
• 2.2.2.1 实验步骤
• 2.2.2.2 样品表征
• 2.2.3 结果与讨论
• 2.2.3.1 十二胺浓度的改变对产物的影响
• 2.2.3.2 TEOS浓度的改变对产物的影响
• 2.2.3.3 水解温度对产物的影响
• 2吸附—脱附等温线分析'>2.2.3.4 N₂吸附—脱附等温线分析
• 2.2.3.5 TEM分析
• 2.2.3.6 本节小结
• 参考文献
• 2／TiO₂复合微球'>第三章 静电吸附沉积法制备单分散高比表面SiO₂／TiO₂复合微球
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验步骤
• 3.2.2 样品表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 热重分析
• 3.3.2 SEM分析
• 3.3.3 形成机理分析
• 3.3.4 XRD分析
• 2吸附—脱附等温线分析'>3.3.5 N₂吸附—脱附等温线分析
• 3.3.6 XPS分析
• 3.4 小结
• 参考文献
• 2为核介孔TiO₂为壳的SiO₂／TiO₂复合微球'>第四章 制备以微孔SiO₂为核介孔TiO₂为壳的SiO₂／TiO₂复合微球
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验步骤
• 4.2.2 样品表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 热重分析
• 4.3.2 SEM分析
• 4.3.3 形成机理分析
• 4.3.4 XRD分析
• 2吸附—脱附等温线分析'>4.3.5 N₂吸附—脱附等温线分析
• 4.4 小结
• 参考文献
• 2／Al2O₃复合微球'>第五章 静电吸附沉积法制备单分散高比表面SiO₂／Al2O₃复合微球
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验步骤
• 5.2.2 样品表征
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 热重分析
• 5.3.2 SEM和TEM分析
• 5.3.3 形成机理分析
• 5.4 小结
• 参考文献
• 2纳米晶'>第六章 以SBA-15为硬模板制备TiO₂纳米晶
• 6.1 引言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 实验步骤
• 6.2.2 样品表征
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 FT-IR光谱分析
• 6.3.2 Raman光谱分析
• 6.3.3 UV-Vis光谱
• 6.3.4 XRD分析
• 6.4 小结
• 参考文献
• 第七章 结论
• 附录：博士论文期间已发表和即将发表的论文
• 致谢