硅藻土功能化及其应用

发布时间：2021-07-14 06:35

　　硅藻土是一种天然无机非金属矿物材料,具有独特的多级孔道结构,已在部分化工、建材领域获得实际应用。但硅藻土本征比表面积较小（18～28 m2/g）,导致其应用受限。通过对硅藻土进行功能化改性,可以赋予硅藻土材料特定的理化性质,进而改善其环境治理效果,同时使其有望应用于能源及生物工程等领域。因此,对硅藻土进行功能化改性处理已成为目前人们研究的热点。近年来,硅藻土功能化的研究主要集中于非共价修饰硅藻土、共价修饰硅藻土和对硅藻土的化学转化三方面。非共价修饰硅藻土多为纳米金属氧化物、金属含氧酸盐等修饰硅藻土,合成的硅藻土复合材料主要应用于环境治理和能源领域。共价修饰硅藻土主要是基于硅藻土内硅氧四面体和表面数量众多的硅羟基通过Si-O共价键连接表面功能单体。而功能单体又分为硅酸盐和硅烷偶联剂两种。其中,硅烷偶联剂一端接枝于硅藻土表面硅羟基,另一端可继续接枝其他有机官能团,极大地丰富了硅藻土复合材料表面官能团的种类,使其具有更加优异的性能。共价修饰硅藻土在能源、传感器、环境治理领域均有应用。硅藻土的化学转化则以硅藻土为硅源,将其转化为具有硅藻土三维结构的单质Si,应用于能源、生物工程领域。硅藻土功能... 

【文章来源】：材料导报. 2020,34(03)北大核心EICSCD

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

酪氨酸酶共价修饰羽状硅藻土流程图

硅藻土为硅藻土生物的遗骸,因此,硅藻土与硅藻在微观形貌上保持一致。图1为几种硅藻土的扫描电镜照片[19]。由图1可以看出,尽管不同类型的硅藻土外观形貌相差较大,但同种硅藻土之间外形具有高度重复性,它们的组成构造基本相同。Losic等[20]采用原子力显微镜(AFM)对硅藻土表面的有序孔道结构进行了详细研究。由图2可以看出硅藻土表面具有大孔和小孔两种类型的孔结构。其中,小孔孔径为20～50 nm,大孔孔径为100～300 nm,表明硅藻土具有独特的多级孔道结构。此外,硅藻土具有纳米级天然有序孔道结构,外形具有高度重复性,使其在纳米科技领域具有极大的应用潜力。图2 硅藻土(a)外表面和(b)内表面的原子力显微镜照片[20]

图1 多种形状硅藻土的扫描电镜照片[19]硅藻土的主要成分为非晶态二氧化硅。经X射线衍射分析(XRD)测试,在2θ为15～40°范围内,硅藻土有一个“馒头峰”,这是硅藻土内非晶态SiO2的弥散峰;在2θ为26.6°的尖峰对应于硅藻土内石英的(101)晶面。硅藻土内含丰富的SiO2,是一种廉价的硅源。由傅里叶转换红外光谱(FT-IR)测试可得硅藻土内的官能团及成键情况:波数为468 cm-1和1 096 cm-1处的峰是硅藻土内Si-O-Si键不对称伸缩振动引起的;波数为3 435 cm-1处的红外特征峰是硅藻土内Si-OH和吸附水导致的。硅藻土表面Si-OH主要分为两种:一种是孤立的Si-OH,另一种是通过氢键连接的Si-OH[21],后者使硅藻土表面显弱酸性。表面Si-OH是硅藻土表面重要的官能团,它的存在是硅藻土通过硅烷偶联剂接枝功能有机物实现硅藻土功能化的关键。硅藻土经擦洗提纯后表面具有相对有序的孔道结构,其比表面积约为28 m2/g。经Zeta电位测试,硅藻土在pH=3.7附近具有等电点。在pH>3.7时,硅藻土表面带负电荷,对于金属阳离子的附着、吸附具有天然优势。在生物相容性方面,硅藻土的粒度和形状均与其生物相容性有关。其中,粒度较小的圆盘藻与细胞、细菌的生物相容性最好。

【参考文献】：
期刊论文
[1]γ-AlOOH/Al2O3修饰硅藻土的制备与Cs+、Pb2+吸附性能[J]. 郑广伟,杜玉成,侯瑞琴,孙广兵,王金淑,吴俊书.  无机化学学报. 2015(05)
[2]硅藻土的研究现状及进展[J]. 刘洁,赵东风.  环境科学与管理. 2009(05)



本文编号：3283620