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非离子表面活性剂导向下新型多孔分子筛材料的合成与表征

张震东  
【摘要】:多孔分子筛材料因具有孔径可调、有序度高、较佳的催化吸附性能、良好的电磁性质并且易于剪裁等特点,在科学研究与技术应用上引起人们极大的兴趣。为了进一步拓宽其在分离、催化、传感器和微器件等领域的应用,目前,在微观上(分子水平)控制多孔材料组成、结构,在宏观上(大尺寸)控制其外观形貌已成为多孔材料研究的一个重要发展方向。在本论文中,我们选择非离子型表面活性剂作为结构导向剂,合成具有不同组成、结构、形貌以及孔径的多孔分子筛材料。这些研究将为多孔材料在光学微器件、生物分离等领域的应用提供必要的基础,具有一定的理论和现实意义。在本工作中,主要包括以下内容: 在第二章中,以一系列三嵌段共聚物作为结构导向剂,首次发展了非水溶剂快速挥发诱导自组装的方法制备大孔径、高有序度的有机—无机杂化硅基介孔材料。与常规“水热”合成法相比,由于该方法是在乙醇等非水介质中进行,可以较好地控制有机硅烷的水解和交联,在合成有机—无机杂化材料方面表现出明显的优势。而且,该方法是控制介孔材料形貌最方便、简捷的方法之一。采用溶剂挥发诱导自组装技术,以三嵌段共聚物P123和F108等作为结构导向剂,在乙醇等体系中合成出一系列高有序度、大孔径(4 nm)的具有两维六角结构以及三维立方结构,同时墙壁中含双亚甲基的介孔有机氧化硅(PMO)材料。并且通过改变实验条件,可以有效地控制其外部形貌,得到具有纤维、薄膜、单片等形貌的PMO材料。另外,采用溶剂挥发诱导自组装的合成技术,以三嵌段共聚物P123作为结构导向剂,通过溶剂(正己烷)热后处理的方法,首次制备出高有序度、大孔径(6 nm)并具有螺旋孔道结构(Ia3d)的PMO材料,突破了以离子型表面活性剂制备三维立方结构PMO材料的孔径限制。在合成中,溶剂热后处理改变了P123在后溶剂挥发过程中的组装,使之形成曲率较大的堆积形态,导向合成出具有立方的PMO材料。由于该材料不仅具有特殊的组成和结构,而且具有较大的孔径(6.28 nm)、比表面积(605 m~2/g)和孔体积(0.78 cm~3/g),在初步的测试中发现其对药物分子(norfloxacin)具有较好的吸附性能,因此可用作生物分子负载的主体。 在第三章中,发展了传统的溶剂挥发诱导自组装的合成方法,采用有机酸替代无机酸作为酸介质,在近似无水的条件下制备新型介孔二氧化硅材料。当以酒石酸作为酸介质,P123作为结构导向剂时,首次在非水体系中合成出具有“针叶”状外观形貌的大孔—介孔复合氧化硅材料。该材料具有“蠕虫”状的


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