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超细二氧化硅的表面改性与多孔结构材料的制备

文建湘  
【摘要】: 本研究主要是从回收利用超细二氧化硅废料颗粒的角度出发,对其表面进行有目的改性,由于选用的改性剂拥有疏水性链段,则改性后的二氧化硅颗粒可直接用作“类阳离子表面活性剂”,进而将改性后的超细二氧化硅颗粒用作合成多孔结构材料的硅源。一方面改变了多孔结构材料合成过程中硅源选择的传统思路,同时也增强了无机硅源与有机表面活性剂之间的杂化自组装结合能力,为多孔结构材料的形成创造更好的条件。 首先以通信光纤生产中产生的超细二氧化硅颗粒废料为原料,经水纯化处理后,用硅烷类偶联剂对其表面进行了化学改性,运用傅立叶红外光谱(FTIR)和热重分析(TGA)进行表征。结果表明,改性后的超细二氧化硅颗粒表面的硅羟基吸收峰明显减小且增加了其它的基团峰,热失重增加,这说明硅羟基与硅烷类偶联剂间发生了化学键合;动态激光光散射(DLS)和扫描电子显微镜(SEM)测定发现,改性后的超细二氧化硅颗粒粒径减小、颗粒分散性明显改善,在电镜照片中无明显的大团聚体,表明超细二氧化硅颗粒表面键合了疏水性有机分子链,疏水性增强,达到了改性目的。然后,利用介孔材料合成方法考察多孔结构材料的合成路线,以改性后的超细二氧化硅为硅源、表面活性剂CTAB为模板剂、水作溶剂媒介,进行了孔结构材料的合成研究。通过FTIR、X-射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、氮吸附-脱附等温线对产物的结构与性能进行了表征。结果表明,BET表面积为5.0194 m2/g、Langmuir表面积为6.5364m2/g;孔面积为0.7042 m2/g、外表面积为4.3872 m2/g;吸附平均孔径为51.6 nm,脱附孔径为50.2 nm;结合XRD的测定结果表明,孔材料的骨架达到理想状态,形成了一定取向的晶相结构。并且考查了多孔结构材料的形貌与孔结构材料合成时的晶化温度之间的联系。SEM观察发现高温晶化过程形成的孔结构材料为规则球形颗粒,而随着晶化温度的降低,孔结构材料的颗粒形貌也随之变化,常温晶化形成的为棒状或其它不规则形状。 多孔结构材料的孔道表面可进行物理吸附或新的化学修饰,它本身又具有许多独特性能;随着孔结构材料的功能化与应用研究的逐渐深入,它在物理吸附与化学修及其它应用领域的不断扩展,这将为回收利用超细二氧化硅颗粒废料提供广泛的应用市场。


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1 卢言利;张拴勤;谢卫;吕绪良;;多孔结构材料有效吸收系数的计算模型和实验分析[J];兵工学报;2009年01期
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