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壳聚糖-CTAB复合模板法制备微孔—介孔二氧化硅

王丽霞  
【摘要】: 微孔-介孔复合孔结构材料结合了介孔材料和微孔材料的优点,在吸附和催化方面具有潜在的应用前景。介孔允许大分子进入孔道同时具有较小的扩散限制,微孔则作为小分子的吸附场所,使小分子能够很好的择型催化。本文以壳聚糖与表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂制备微孔-介孔二氧化硅,研究复合模板对孔结构的影响规律。 首先研究了不同脱乙酰度(DD)壳聚糖在醋酸水溶液和醋酸-乙醇混合溶液中的聚集行为,采用稳态荧光探针法测量壳聚糖的临界聚集浓度(CAC),采用原子力显微镜观察聚集体的形貌。研究表明,壳聚糖的CAC随壳聚糖DD的降低而增加,醋酸-乙醇混合溶液中壳聚糖的CAC高于其在醋酸水溶液中的相应值。壳聚糖聚集体表现为高度纳米级,轮廓长度上百个纳米的多尺寸分布聚集体。 其次,采用荧光探针和稳态荧光淬灭法研究了盐酸、温度和乙醇对表面活性剂CTAB自组装特性的影响。盐酸浓度达到1.0×10~(-2)mol/L时,30℃水溶液中CTAB的CMC由1.07mmol/L降至0.35mmol/L,临界胶束聚集数由28.9增至38.2;而盐酸浓度为1.0×10~(-2)mol/L温度增至80℃时,CTAB的CMC增至1.18mmol/L,临界胶束聚集数降至12.2;30℃水/乙醇中,盐酸浓度1.0×10~(-2)mol/L时,CTAB的CMC为0.060mol/L,临界胶束聚集数为18.2。 最后,分别以壳聚糖、壳聚糖-CTAB和CTAB为模板,正硅酸乙酯为硅源,制备了微孔-介孔二氧化硅。壳聚糖为模板制备的二氧化硅微孔含量较高,DD影响微孔-介孔二氧化硅的孔特性。增加壳聚糖浓度和正硅酸乙酯浓度,微孔-介孔二氧化硅BET比表面积和孔体积增加,微孔含量降低。壳聚糖-CTAB复合模板制备的微孔-介孔二氧化硅具有较高的BET比表面积、孔体积和介孔含量,CTAB相对量的增加有利于提高介孔含量和增强孔的长程有序性。温度升高,微孔-介孔二氧化硅的BET比表面积降低,总体孔体积不变,微孔含量降低,孔径增加。pH值降低,微孔-介孔二氧化硅BET比表面积和总体孔体积降低,微孔含量保持不变,孔分布不变,孔的长程有序性增强。分子动力学研究表明,壳聚糖对CTAB的组装影响较小,CTAB分子由于其尾基的强疏水作用,仍然倾向于组装成尾尾相近而头基朝外的结构。溶液中壳聚糖与CTAB分子可以各自独立组装。


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