含表面硅羟基材料的表面改性及其在环境中的应用

论文摘要

硅胶和介孔SBA-15均是表面富含硅羟基的二氧化硅材料,本课题围绕硅胶和SBA-15的表面改性制备了HSO3-硅胶、SH-硅胶、TiO2/SBA-15、Au-Ti/SBA-15,并将其应用于相应的催化反应中。以氯丙基氯硅烷和苯基氯硅烷对硅胶进行表面改性,进一步磺化得到以磺酸基为活性中心的固体酸,磺化剂分别为硫酸和亚硫酸铵。以BET、红外光谱、总有机碳对固体酸及其前驱体进行了表征并测定了固体酸酸密度;利用总有机碳计算前驱体的键合量,苯基、氯丙基硅胶键合量分别为1.40mmol/g、1.95mmol/g;以这两种前驱体制得的固体酸酸密度分别为0.32mmol/g、0.26mmol/g;BET数据表明键合反应发生后样品的比表面积变小。将制得固体酸应用于乙酸丁酯的合成,结果表明催化剂使用寿命较长,转化率和选择性较高。采用表面化学改性的方法将廉价氯丙基引入到硅胶表面,以硫氢化钠进一步改性得巯基硅胶,用BET、TOC、红外光谱、元素分析对巯基硅胶及其前驱体结构进行了表征,结果表明此制备方法得到巯基含量为1.56mmol/的材料。将所得巯基硅胶应用于含汞废水的去除和含贵金属废水的回收中,吸附实验结果表明对于Hg2+、Pd2+、Au3+材料饱和吸附量分别为47mg/L、87mg/g、120mg/g,且在干扰离子存在时,样品表现了良好的选择性。将硫酸钛浸渍到SBA-15孔道中,经升温原位沉淀、焙烧得到纳米孔道中均匀分散的锐钛型二氧化钛。用TEM、BET、XRD、SAXD、UV-Vis漫反射吸收光谱等方法对材料进行了表征。结果表明,改性后的SBA-15仍保持着有序的孔道,二氧化钛颗粒较均匀地分布在SBA-15孔道内部,SBA-15合适的纳米孔道对二氧化钛颗粒的长大起到较好的限制作用;紫外光下的甲基橙光降解结果表明,SBA-15负载的纳米二氧化钛颗粒有优于商品P25的光催化性能。用无水氯化物气相键合法对介孔材料进行了修饰,将Ti、Mo成功键合到SBA-15表面,并用BET、HRTEM、UV-Vis漫反射吸收光谱对材料进行了表征,结果表明金属氧化物以单层的方式均匀键合在孔道内部。以CO氧化实验为探针考察了Au-Ti/SBA-15的催化活性,结果表明材料在较宽温度范围内具有良好活性,SBA-15孔道对金颗粒聚集有较好限制作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 载体硅胶性质及制备
• 1.2 介孔材料SBA-15的性质及制备
• 1.2.1 介孔材料SBA-15的合成方法
• 1.2.2 介孔材料SBA-15的合成机理
• 1.3 硅胶及介孔材料的化学改性
• 1.3.1 元素取代法
• 1.3.2 孔道内表面修饰或功能化
• 1.3.3 在孔道中负载活性组分
• 1.4 硅胶及介孔材料的应用
• 1.4.1 在催化领域的应用
• 1.4.2 在材料领域的应用
• 1.4.3 在吸附分离领域的应用
• 1.5 论文的立题目的、意义及创新点
• 1.5.1 磺酸基键合硅胶的制备
• 1.5.2 巯基硅胶的制备
• 2颗粒的制备'>1.5.3 SBA-15空间限制TiO₂颗粒的制备
• 1.5.4 气相键合法金属氧化物在SBA-15表面的单原子层分散
• 第二章 实验仪器与表征方法
• 2.1 实验仪器
• 2.2 材料的表征方法及仪器
• 2.2.1 X射线衍射（XRD）
• 2.2.2 透射电镜表征（TEM）
• 2.2.3 傅立叶变换红外光谱表征（FT-IR）
• 2吸脱附及BET比表面积测定'>2.2.4 N₂吸脱附及BET比表面积测定
• 2.2.5 紫外-可见吸收光谱（UV-Visible Spectrophptometer）
• 2.2.6 总有机碳（TOC）
• 2.2.7 电感耦合等离子光谱分析仪（ICP-AES）
• 2.2.8 X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectrometer,XPS）
• 2.2.9 X射线荧光（X-ray fluorescence,XRF）
• 2.2.10 拉曼光谱
• 第三章 磺酸键合硅胶的制备及其酸催化性能
• 3.1 实验原料和仪器
• 3.2.固体酸的制备
• 3.3 样品的表征
• 3.3.1 FT-IR表征
• 3.3.2 BET表征
• 3.3.3 固体酸及其前驱体总有机碳含量
• 3.3.4 SB-硅胶、SP-硅胶酸密度
• 3.4 固体酸活性评价
• 3.4.1 乙酸丁酯催化合成实验
• 3.4.2 实验结果与讨论
• 3.5 本章小结
• 第四章 巯基改性硅胶的制备及其在重金属废水处理中的应用
• 4.1 实验原料和仪器
• 4.2.巯基硅胶的制备
• 4.3 样品的表征
• 4.3.1 FT-IR表征
• 4.3.2 样品TOC及元素分析
• 4.3.3 样品BET及孔分布表征
• 4.4 样品吸附性能评价
• 4.4.1 含汞废水中汞离子的去除
• 4.4.2 材料在贵金属的回收中的应用
• 4.5 本章小结
• 2颗粒的制备及光催化性能研究'>第五章 SBA-15空间限制TIO₂颗粒的制备及光催化性能研究
• 5.1 实验原料和仪器
• 5.2 光催化材料的制备
• 5.2.1 SBA-15的制备
• 5.2.2 光催化材料制备
• 5.3 样品的表征
• 5.3.1 样品TEM
• 5.3.2 样品BET表征
• 5.3.3 XRD表征
• 5.3.4 UV-Vis吸收漫反射光谱
• 5.3.5 样品Raman光谱
• 5.3.6 XPS
• 5.4 催化剂活性评价
• 5.4.1 光催化实验
• 5.4.2 光催化效果
• 5.5 本章小结
• 第六章 氯化物气相键合法对SBA-15表面的修饰
• 6.1 实验原料和仪器
• 6.1.1 材料合成实验
• 6.2 样品合成及CO催化试验
• 6.3 样品的表征
• 6.3.1 样品TEM
• 6.3.2 样品BET表征
• 6.3.3 UV-Vis漫反射吸收光谱
• 6.4 催化剂活性评价:TI/SBA-15在CO氧化中的应用
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 学位论文评阅及答辩情况表