纤维型核壳二氧化硅的制备及分离性能研究

发布时间：2020-04-15 20:27

【摘要】：分离材料是分离过程的核心部分。二氧化硅因具有较高的机械强度,稳定的物理化学性质,表面易修饰以及其良好的生物相容性等优点成为一种不可替代的分离材料。近年来纤维型核壳二氧化硅因其垂直的孔通道,易调节的孔径在分离领域受到越来越多的关注。本论文以纤维型核壳二氧化硅为研究对象,展开了两个方面的工作:一、合成了 3 μm的纤维多孔型核壳二氧化硅微球,分别以C18和NH2-修饰后进一步研究了其色谱性能。二、制备了一种纳米级硼酸功能化的磁性纤维型核壳二氧化硅微球,探究了其对具有顺式二羟基结构物质的吸附性能,并成功用于尿液中腺苷的分离富集。本论文主要包括以下四部分:第1章绪论本章主要综述了近年来常见的多孔型二氧化硅的种类、主要合成方法以及新发展和应用。第2章纤维型核壳二氧化硅固定相的性能研究以3μm无孔硅球为核,采用改进的一步油水两相微乳液法制备微米级纤维型核壳二氧化硅微球(FCSS)。扫描电镜和透射电镜的结果表明无孔硅球单分散性良好,纤维型的二氧化硅壳层均匀的生长在其表面。N2吸附结果显示FCSS具有19.89 nm的孔径。经C18功能化后装柱得到的FCSS-80-C18色谱柱表现出良好的渗透性和较低的折合板高。随后,研究了 FCSS-80-C18对小分子和蛋白质的分离过程。与商品柱对比,在柱效相似的情况下,FCSS-80-C18能够分别在10分钟和6分钟内对七种小分子和六种蛋白质完成的快速基线分离。另外,微球具有较高的机械强度,良好的稳定性和重复性,使用时间超过50Oh,进样450次后,壳层形貌和柱效未发生明显变化。最后将FCSS氨基功能化后成功用于三种苯酚类小分子的分离。结果表明FCSS在相对较低的柱压下,能够达到较高的柱效、实现快速分离,在高效液相色谱分离领域具有很好的应用前景。第3章磁性纤维型核壳二氧化硅的合成与吸附性能的研究以Fe304磁性包硅微球为核,采用改进的油水两相微乳液法制备纳米级磁性纤维型核壳二氧化硅微球(MFMS),硼酸功能化后得到硼酸化磁性纤维型核壳二氧化硅吸附材料(MFMS-P)。使用扫描电镜(ESEM)、透射电镜(TEM)、物理吸附、振动试样磁强计(VSM)表征了粒子的形貌、孔结构和磁性强弱。以邻苯二酚为模板分子探究了 MFMS-P的吸附容量、吸附动力学、温度的影响以及循环利用性。结果显示MFMS由Fe3O4微球、无孔二氧化硅夹层和纤维二氧化硅壳层组成,射线状的纤维二氧硅均匀的生长在硅球表面。MFMS-P的孔径为12.72 nm且具有强的磁响应性。MFMS-P对邻苯二酚的吸附容量高达293.03 μmolg-1,能够在10分钟内基本达到吸附平衡,并且温度升高可以提高材料的吸附容量。吸附机理研究表明,MFMS-P对邻苯二酚的吸附过程更符合Langmuir等温模型,为单层吸附。同时吸附过程更加符合准二级动力学模型,化学吸附是控速步骤,速率常数达到0.50 g(μmol min)-1。材料具有令人满意的重复利用性,5次重复使用后,吸附性能未见明显降低。最后,MFMS-P成功实现对尿液中腺苷的吸附分离。表明较大孔径的磁性纤维型核壳二氧化硅微球具有快速、高效的优点,在吸附分离领域拥有较大的应用前景。
【图文】：

胶的优缺点，研究者们发展了一系列密堆积型核壳二氧化硅，既能够减少物质的逡逑扩散路径，有效降低柱压，又能够增加比表面积，提高分离能力。其结构示意图逡逑如图１－３所示。制备方法主要有喷雾干燥法、层层自组装法、聚合诱导再沉积法、逡逑一锅煮法等。逡逑替逡逑图１－３密堆积型核壳二氧化硅示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１－３．邋Ｓｋｅｔｃｈ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｃｌｏｓｅ邋ｐａｃｋｉｎｇ邋ｓｉｌｉｃａ．逡逑１．２．１制备方法逡逑（１）喷雾干燥法逡逑１９９２年Ｋｉｒｋｌａｎｃｎｍ等人采用喷雾干燥法成功制备了表面多孔型核壳微球。逡逑其方法是将无孔硅胶和硅溶胶混合，经过喷雾干燥装置，将混合物以雾状形态喷逡逑射进高温石英炉中，，悬浮在氮气中的雾滴升温后瞬间除水，使硅溶胶固化在无孔逡逑硅胶表面，形成多孔层。将得到的微球高温煅烧除去有机物，同时增加壳层的机逡逑械强度，就得到了核壳型硅胶。最后将粒子水解，筛分出一定粒径范围的颗粒。逡逑早期安捷伦推出的Ｐｏｒｏｓｈｅｌｌ填料就是使用该方法制备生产的。但是，该方法有逡逑一个固有缺陷，就是在最终得到的产物中，有一些微球没有固定在无孔微球表面逡逑而是自聚形成多孔微球，并不能通过粒径筛分分离出去，这就使得最终得到的样逡逑品不纯。逡逑６逡逑

？邋？b\0？邋？逡逑Ｗ逡逑图１－５聚合诱导再沉积法合成原理图逡逑Ｆｉｇ．邋１－５．邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ邋ｉｎｄｕｃｅｄ邋ｒｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ邋ｓｔｒａｔｅｇｙ．逡逑＿邋＿逡逑图１－６邋ＳＯＳ微球电镜图逡逑Ｆｉｇ．邋１－６．邋ＴＥＭ邋ｉｍａｇｅ邋ｏｆ邋ＳＯＳ．逡逑８逡逑
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O613.72

【参考文献】

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本文编号：2628954