酸、碱功能化多孔材料的高效合成及其性能研究

论文摘要

功能化多孔材料由于具有大的比表面积，纳米范围可调变的孔径，良好的热和机械稳定性以及其特殊的功能性特征等优点，在催化、吸附分离、电化学、生物化学、药物控释等方面有着广泛的应用前景。近年来，利用功能化的硅基介孔材料催化反应和吸附处理重金属离子的研究越来越受到人们的关注。本论文分别介绍了有机酸、碱功能化的介孔材料的合成、表征和性能研究。主要研究内容如下：1.利用溶胶-凝胶技术，采用聚甲基含氢硅氧烷（PMHS）、正硅酸乙酯（TEOS）和氨丙基三甲氧基硅烷（APTMS）共同作为反应组分，在未添加任何传统表面活性剂的条件下合成有机碱功能化的硅基介孔材料。使用傅里叶红外光谱、固体硅核磁共振、低温氮气吸附-脱附、高分辨率透射电镜、接触角测定和热重分析等方法对材料的结构和性能进行表征。结果表明，所得材料具有一定的疏水性能，并且骨架稳定性良好，结构性能优异。并发现，所制备的材料对于肉桂醛的合成反应具有一定的催化活性，产物收率为68.4%。同时，该材料对许多重金属离子均表现了很好的吸附性能，尤其是对Pb2+的去除率高达99.0%。2.在未添加任何表面活性剂的溶胶-凝胶体系中，以聚甲基含氢硅氧烷（PMHS）、正硅酸乙酯（TEOS）和巯丙基三甲氧基硅烷（MPTMS）共同作为硅源，成功合成了有机酸功能化的硅基介孔材料。借助X-射线荧光光谱、傅里叶红外光谱、高分辨透射电子显微镜、低温氮气吸附/脱附、热分析和接触角测定等测试手段对有机酸功能化的材料进行系统表征。分析结果表明：所制备的疏水性材料骨架稳定性良好，结构性能优异。并且，该材料对乙酸丁酯的合成反应表现出很好的催化活性，在120℃下，反应收率可高达87.9%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 介孔材料概述
• 1.1.1 介孔材料的分类
• 1.1.2 介孔材料的特点
• 1.2 介孔材料的合成方法
• 1.2.1 模板法
• 1.2.2 水热合成法
• 1.2.3 溶胶-凝胶法
• 1.3 有机-无机介孔材料
• 1.3.1 表面结合型有机-无机介孔材料
• 1.3.2 桥键型有机-无机介孔材料
• 1.4 有机官能化介孔材料的应用
• 1.4.1 催化应用
• 1.4.2 吸附分离
• 1.5 论文选题背景和主要研究内容
• 1.5.1 论文选题背景
• 1.5.2 论文的主要研究内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 化学试剂
• 2.2 仪器与设备
• 2.3 介孔材料表征
• 2吸附-脱附'>2.3.1 N₂吸附-脱附
• 2.3.2 傅里叶红外光谱（FTIR）
• 2.3.3 固体核磁（NMR）
• 2.3.4 结构形貌的观察（SEM、TEM）
• 2.3.5 热重分析（TGA）
• 2.3.6 元素含量的测定
• 2.3.7 疏水性能
• 第三章 有机碱功能化硅基介孔材料的制备及性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 有机碱功能化硅基介孔材料的制备
• 3.2.2 肉桂醛合成反应
• 3.2.3 重金属离子吸附
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 元素分析
• 3.3.2 化学结构分析
• 3.3.3 孔结构分析
• 3.3.4 微观形貌特征
• 3.3.5 热稳定性分析
• 3.3.6 疏水性能分析
• 3.3.7 各种参数对合成体系的影响
• 3.3.8 肉桂醛合成反应催化性能
• 3.3.9 重金属离子吸附性能
• 3.4 小结
• 第四章 有机酸功能化介孔材料的制备及性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 有机酸功能化介孔材料的制备
• 4.2.2 乙酸丁酯合成反应
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 样品中 S 含量的测定
• 4.3.2 FTIR 分析
• 4.3.3 孔结构分析
• 4.3.4 TEM 分析
• 4.3.5 热失重分析
• 4.3.6 疏水性能分析
• 4.3.7 乙酸丁酯合成反应催化性能
• 4.4 小结
• 第五章 论文总结与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 论文创新之处
• 5.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读硕士期间发表的学术论文