低缩合度SiO 2 颗粒和MSNs的制备与应用
发布时间：2022-01-08 22:35
二氧化硅（SiO2）纳米材料一直以来在科研领域占据着非常重要的位置,其中介孔二氧化硅纳米颗粒（MSNs）有巨大的比表面积、易调节的孔道结构和孔径尺寸、良好的生物相容性以及化学稳定性等自身结构优势,在生物医药、催化领域、环境保护等方面显示出了巨大的研究价值和潜在应用,吸引了科学家们的广泛关注。经过科研人员的不懈研究,SiO2颗粒和MSNs的制备方法已经有多种可供选择,但使用更简单温和的方法制备低缩合度的SiO2颗粒和MSNs还有待继续研究。本论文在广泛阅读文献的基础上分析了当前有关SiO2颗粒和MSNs的研究现状,针对低缩合度的SiO2颗粒和MSNs的制备和应用具体开展以下几方面的探究:（1）根据无表面活性剂的微乳液“pre-Ouzo”效应的理论创新性的对经典St?ber法的混合方式进行了改变,将超纯水,硅酸四乙酯（TEOS）和无水乙醇配制成摩尔比为124 H2O:1 TEOS:45.8 EtOH的TEOS-H2O-EtOH三元混合液,...
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
溶胶-凝胶法制备SiO2颗粒的流程图
华东师范大学硕士学位论文2在该过程中硅酸酯发生水解反应后体系中的均相溶液首先形成稳定的溶胶，溶胶的胶粒在陈化的过程中不断发生缓慢的缩合反应，胶粒之间逐渐交联形成具有三维网络状形态的凝胶。凝胶经干燥后即可得到SiO2粉末。为了更简单的制备单分散SiO2颗粒，科学家们在溶胶-凝胶法的原理上进行了很多研究。1956年，Kolbe[4]在进行四乙氧基硅酸盐在醇溶剂中与水反应的实验时发现在某些碱的存在下，该反应可以形成均匀的球形SiO2颗粒。这一发现对科研人员合成SiO2颗粒起到了启迪作用，但是该实验还未系统的探究反应条件，实验还存在很多缺陷，比如对反应物的纯度要求非常高，反应速度太慢等。1968年，Stber[5]在Kolbe的实验基础之上，首次使用碱性溶液氨水做反应的催化剂。他认为氨水不仅可以催化硅源的水解缩合提高反应的速率，而且是SiO2颗粒呈球形的形貌催化剂。Stber通过调节反应所用硅酸酯的种类和浓度、醇溶剂的种类和浓度、氨水的浓度、水的浓度等对实验条件进行了非常系统的探究，在较短的时间内制备出了粒径在0.05-2μm范围内的单分散SiO2颗粒（如图1-2）。Stber法对反应物纯度的要求降低了，反应速度有了非常大的提升，并且产物SiO2颗粒粒径均匀、单分散性良好、表面易功能化，颗粒质量也有了很大的改善。简便高效的Stber法极大地推动力了SiO2颗粒的发展，成为制备单分散SiO2颗粒的首选方法。图1-2Stber法制备得到的SiO2颗粒[5]Fig.1-2SilicaparticlespreparedbyStbermethod
华东师范大学硕士学位论文7创造性的合成了具有巨大比表面积和规则有序孔道的M41S系列的介孔材料。三种代表介孔材料（MCM-41，MCM-48和MCM-50）的形貌如图1-3所示。介孔材料有很多自身优势，比如内部分布着大量孔径尺寸分布狭窄且孔道结构规则有序的介孔，这极大的提高了它的比表面积，并且长程有序且方便调控的孔径尺寸有利于其更广泛的应用研究。因此介孔材料的特殊的结构决定了它具有与许多传统材料（比如微孔沸石分子筛等）有不同的物理化学性质，这些独特的自身优势使得介孔材料在大分子的吸附[29]、分离[30]以及催化反应[31]中发挥了出了重要的作用。图1-3常见介孔材料的结构(a)MCM-41,(b)MCM-48,(c)MCM-50[28]Fig.1-3Structureofcommonmesoporousmaterials(a)MCM-41,(b)MCM-48,(c)MCM-50其中二氧化硅材料的制备原料丰富且有良好的生物相容性和可降解性在研究上处于重要位置。因此，具有更高的比表面积和易调控的孔结构的介孔二氧化硅颗粒（MSNs）迅速成为了世界各国学者的研究对象。MSNs具有的优势可以在催化[32-36]、生物医药[37-44]，环境保护[45-47]等方面发挥出巨大的潜在应用。目前，常用溶胶-凝胶法制备MSNs，在体系中加入表面活性剂做模板或加入嵌段共聚物等造孔剂形成孔道规则的MSNs。具体方法有稀溶液法、微乳法、添加剂与模板剂法。除此之外湿化学刻蚀法也可以制备MSNs，该方法主要通过使用强碱做刻蚀剂，在高温水热条件下在二氧化硅壳上引入介孔，多用于“表面保护刻蚀”，得到的MSNs多为无序孔道。1.3.1稀溶液法2001年，庞文琴等人[48]使用稀溶液法成功制备了MCM-41。反应在80℃下
【参考文献】：
期刊论文
[1]调控介孔硅分子筛的孔壁结构以提高吸附亚硝胺的效率[J]. 古芳娜,杨佳园,魏峰,朱建华. 催化学报. 2010(03)
[2]利用介孔氧化硅分离功能性食品成分的研究进展[J]. 刘峰,金海涛,任红波,陈国友,孟利. 农产品加工(学刊). 2008(07)
[3]超重力反应沉淀法制备超细二氧化硅[J]. 何清玉,郭锴,王琳. 无机盐工业. 2005(09)
[4]气相二氧化硅的制备方法及其特性[J]. 吴利民,段先健,杨本意,王跃林. 广东化工. 2004(02)
[5]纳米二氧化硅的制备、改性与应用[J]. 张密林,丁立国,景晓燕,侯宪全. 化学工程师. 2003(06)
[6]微乳液法合成纳米二氧化硅粒子[J]. 王玉琨,钟浩波,吴金桥. 西安石油学院学报(自然科学版). 2003(03)
[7]单分散二氧化硅球形颗粒的制备与形成机理[J]. 赵丽,余家国,程蓓,赵修建. 化学学报. 2003(04)
[8]MCM-41介孔分子筛在精细有机合成非均相催化中的应用[J]. 韩涤非,王安杰,孔祥国. 化学进展. 2002(02)
[9]单分散二氧化硅形成过程中TEM观察和形成机理[J]. 陈胜利,董鹏,杨光华,杨九金. 无机材料学报. 1998(03)
[10]微乳液的结构及其在制备超细颗粒中的应用[J]. 施利毅,华彬,张剑平. 功能材料. 1998(02)
本文编号：3577408
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
溶胶-凝胶法制备SiO2颗粒的流程图
华东师范大学硕士学位论文2在该过程中硅酸酯发生水解反应后体系中的均相溶液首先形成稳定的溶胶，溶胶的胶粒在陈化的过程中不断发生缓慢的缩合反应，胶粒之间逐渐交联形成具有三维网络状形态的凝胶。凝胶经干燥后即可得到SiO2粉末。为了更简单的制备单分散SiO2颗粒，科学家们在溶胶-凝胶法的原理上进行了很多研究。1956年，Kolbe[4]在进行四乙氧基硅酸盐在醇溶剂中与水反应的实验时发现在某些碱的存在下，该反应可以形成均匀的球形SiO2颗粒。这一发现对科研人员合成SiO2颗粒起到了启迪作用，但是该实验还未系统的探究反应条件，实验还存在很多缺陷，比如对反应物的纯度要求非常高，反应速度太慢等。1968年，Stber[5]在Kolbe的实验基础之上，首次使用碱性溶液氨水做反应的催化剂。他认为氨水不仅可以催化硅源的水解缩合提高反应的速率，而且是SiO2颗粒呈球形的形貌催化剂。Stber通过调节反应所用硅酸酯的种类和浓度、醇溶剂的种类和浓度、氨水的浓度、水的浓度等对实验条件进行了非常系统的探究，在较短的时间内制备出了粒径在0.05-2μm范围内的单分散SiO2颗粒（如图1-2）。Stber法对反应物纯度的要求降低了，反应速度有了非常大的提升，并且产物SiO2颗粒粒径均匀、单分散性良好、表面易功能化，颗粒质量也有了很大的改善。简便高效的Stber法极大地推动力了SiO2颗粒的发展，成为制备单分散SiO2颗粒的首选方法。图1-2Stber法制备得到的SiO2颗粒[5]Fig.1-2SilicaparticlespreparedbyStbermethod
华东师范大学硕士学位论文7创造性的合成了具有巨大比表面积和规则有序孔道的M41S系列的介孔材料。三种代表介孔材料（MCM-41，MCM-48和MCM-50）的形貌如图1-3所示。介孔材料有很多自身优势，比如内部分布着大量孔径尺寸分布狭窄且孔道结构规则有序的介孔，这极大的提高了它的比表面积，并且长程有序且方便调控的孔径尺寸有利于其更广泛的应用研究。因此介孔材料的特殊的结构决定了它具有与许多传统材料（比如微孔沸石分子筛等）有不同的物理化学性质，这些独特的自身优势使得介孔材料在大分子的吸附[29]、分离[30]以及催化反应[31]中发挥了出了重要的作用。图1-3常见介孔材料的结构(a)MCM-41,(b)MCM-48,(c)MCM-50[28]Fig.1-3Structureofcommonmesoporousmaterials(a)MCM-41,(b)MCM-48,(c)MCM-50其中二氧化硅材料的制备原料丰富且有良好的生物相容性和可降解性在研究上处于重要位置。因此，具有更高的比表面积和易调控的孔结构的介孔二氧化硅颗粒（MSNs）迅速成为了世界各国学者的研究对象。MSNs具有的优势可以在催化[32-36]、生物医药[37-44]，环境保护[45-47]等方面发挥出巨大的潜在应用。目前，常用溶胶-凝胶法制备MSNs，在体系中加入表面活性剂做模板或加入嵌段共聚物等造孔剂形成孔道规则的MSNs。具体方法有稀溶液法、微乳法、添加剂与模板剂法。除此之外湿化学刻蚀法也可以制备MSNs，该方法主要通过使用强碱做刻蚀剂，在高温水热条件下在二氧化硅壳上引入介孔，多用于“表面保护刻蚀”，得到的MSNs多为无序孔道。1.3.1稀溶液法2001年，庞文琴等人[48]使用稀溶液法成功制备了MCM-41。反应在80℃下
【参考文献】：
期刊论文
[1]调控介孔硅分子筛的孔壁结构以提高吸附亚硝胺的效率[J]. 古芳娜,杨佳园,魏峰,朱建华. 催化学报. 2010(03)
[2]利用介孔氧化硅分离功能性食品成分的研究进展[J]. 刘峰,金海涛,任红波,陈国友,孟利. 农产品加工(学刊). 2008(07)
[3]超重力反应沉淀法制备超细二氧化硅[J]. 何清玉,郭锴,王琳. 无机盐工业. 2005(09)
[4]气相二氧化硅的制备方法及其特性[J]. 吴利民,段先健,杨本意,王跃林. 广东化工. 2004(02)
[5]纳米二氧化硅的制备、改性与应用[J]. 张密林,丁立国,景晓燕,侯宪全. 化学工程师. 2003(06)
[6]微乳液法合成纳米二氧化硅粒子[J]. 王玉琨,钟浩波,吴金桥. 西安石油学院学报(自然科学版). 2003(03)
[7]单分散二氧化硅球形颗粒的制备与形成机理[J]. 赵丽,余家国,程蓓,赵修建. 化学学报. 2003(04)
[8]MCM-41介孔分子筛在精细有机合成非均相催化中的应用[J]. 韩涤非,王安杰,孔祥国. 化学进展. 2002(02)
[9]单分散二氧化硅形成过程中TEM观察和形成机理[J]. 陈胜利,董鹏,杨光华,杨九金. 无机材料学报. 1998(03)
[10]微乳液的结构及其在制备超细颗粒中的应用[J]. 施利毅,华彬,张剑平. 功能材料. 1998(02)
本文编号：3577408
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