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多孔二氧化硅和多孔碳材料的制备及其应用

王海文  
【摘要】: 多孔材料具有大量纳米孔道,结构空旷,比表面积巨大,在光、电、磁、催化、生物医药、传感和纳米工程都具有巨大潜在应用价值,已成为一个新兴的蓬勃发展的跨学科研究领域。尤其是在吸附领域的应用,已经越来越受到人们的关注。经过多年的研究,一大批孔径可调,组成可变、形貌多样、孔道形状不一,且孔道排列方式多样化的多孔材料被不断的合成出来尽管人们已经取得了很多突出的成绩,但是多孔材料的研究过程中仍然有许多未知和不足需要我们探索和需求解决之道。开发简单、经济、快速生产高质量多孔材料的新方法,并不断推进多孔材料在吸附领域的实用化仍有大量的工作需要我们去做。这个过程充满了机遇和挑战。 有序介孔碳材料是最近发现的一类新型的非硅基介孔材料,可作为储氢材料、大分子催化反应载体、电极材料等,展现出巨大的应用潜力。介孔碳的合成过程多采用硬模板法,成本昂贵,操作繁琐、耗时。因此,其应用受到了极大的限制。针对此问题,我们以廉价环保的工业级烷基糖苷为结构导向剂,在水溶液中获得了一种具有蠕虫状结构的介孔二氧化硅材料。由于烷基糖苷表面活性剂具有较高含碳量,通过原位碳化,可以得到一种具有良好吸附性能的介孔碳材料。本合成方法简单,易操作,合成时间短。另外,使用的结构导向剂为工业级阳离子烷基糖苷,具有对环境友好的特点,有利于产品的工业化。 论文的第三章,我们合成了8种多孔二氧化硅和5种多孔碳材料,并用所制备的多孔材料作为吸附剂,研究了其对苯蒸汽和有机染料的吸附性能。通过本章研究,在结构特点上系统总结了影响多孔材料吸附性能的众多因素,对于作业场中苯和有机染料的吸附处理提供了重要的理论指导意义。 论文的第四章,我们利用室温离子液体作为溶剂,以离子热合成法制备了羟基磷灰石超细粉体。通过调整室温离子液体的阴阳离子,可以改变羟基磷灰石的形貌。本方法利用离子液体蒸汽压低不易挥发的特点,降低了对反应器的要求,同时使用离子液体为溶剂,不需焙烧即可得到纳米羟基磷灰石,降低了合成成本。另外离子液体有效地改善了纳米颗粒的分散度,粒径均匀,无团聚。与普通沉淀法所得到的羟基磷灰石相比,本章制备合成的羟基磷灰石对有机染料碱性品红具有较好的吸附性能。


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