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《探究介孔氧化硅分子篩膜的仿生合成與表征》由會員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘要有序介孔薄膜材料因其獨特的優(yōu)點及其巨大的潛在應(yīng)用,正成為材料科學(xué)家們的研究熱點。介孔薄膜是指孔徑位于2~50rim之間的多孔無機(jī)膜,它不僅具有無機(jī)膜良好的化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度大、極好的耐熱性、好的抗菌性能、無毒等優(yōu)點,還具有普通無機(jī)膜所不具有的特殊的尺寸效應(yīng)、功能性等優(yōu)點。有序的介孔無機(jī)膜在膜反應(yīng)器、超濾分離、納米材料的制備、選擇性電極、傳感器、電致變色裝置和低介電常數(shù)微電子絕緣層等方面的應(yīng)用有著巨大的潛在優(yōu)勢。仿生合成是無機(jī)材料合成發(fā)展的新趨勢,將成為21世紀(jì)合成化學(xué)中的前沿領(lǐng)域,仿生合成技術(shù)(BiomimeticSyn
2、thesis)是一種嶄新的無機(jī)材料合成技術(shù),模擬生物礦化過程,通過有機(jī)大分子和無機(jī)物離子在界面處的相互作用,從分子水平控制無機(jī)物相的析出,從而獲得具有特殊的多級結(jié)構(gòu)和組裝方式的無機(jī)材料,使材料具有優(yōu)異的物理和化學(xué)性能。本論文采用仿生合成的技術(shù)對有序介孔氧化硅薄膜的制備和表征進(jìn)行了研究和探討。本文模擬生物礦化過程,以兩親的有機(jī)大分子的自組裝體為模板,調(diào)控?zé)o機(jī)物前驅(qū)體的成核和生長,在氣一水界面和粗糙孔的a-A1203陶瓷管上仿生合成出了介孔氧化硅分子篩膜,并做了大量的XRD、SEM、TEM、TGA、物理吸附等表征,主要得到如下的結(jié)果和結(jié)論。1.以兩親的表
3、面活性劑的六方相液晶為模板,于室溫下在氣/水界面上成功地制備了孔道為一維的六方相介孔氧化硅薄膜。詳細(xì)考察了物料配比、晶化時間、攪拌強(qiáng)度等不同條件對非擔(dān)載薄膜制備的影響。研究結(jié)果表明,溶液的酸度及表面活性劑的用量對成膜的影響較大,酸度大時,膜薄,易破裂;表面活性劑的用量大時,在膜層中很容易富集CTAB的晶體。溶膠組成中表面活性劑濃度的大小可以調(diào)控膜孔徑的大小,表面活性劑的濃度越小,所合成的膜孔徑就越小。攪拌強(qiáng)度對膜的組成結(jié)構(gòu)具有較大的影響,強(qiáng)攪拌時所合成的膜為單一孔徑的六方相介孔si02膜;而攪拌強(qiáng)度弱時,在一定的物料配比下能夠制備出復(fù)合孔徑的Si02
4、膜。物料配比不同時,合成最優(yōu)膜所需的晶化時間不同。在無機(jī)物種的濃度相差不大的情況下,溶液的酸度越大,成膜越快,得到最優(yōu)膜所需的晶化時間越短。隨著晶化時間的延長,Si02膜經(jīng)歷一個從無序到有序再到有序度降低的過程。SEM測試表明膜的上表面光滑,下表面較粗糙,證明膜的生長是從表面介孔氧化硅分子篩膜的仿生合成與表征開始向溶液里生長的。膜的平均厚度約為20uIn。TGA曲線分析表明介孔SiCh膜的熱失重分三個階段,總失重率為65%。2.通常分子篩膜的合成技術(shù)是基于分子篩的合成技術(shù)。因此,在制備MCM-48介孔氧化硅分離膜之前,首先進(jìn)行MCM-48介孔氧化硅分
5、子篩的合成研究。本文詳細(xì)考察了影響MCM一48介孔氧化硅分子篩合成的各種因素。研究結(jié)果表明,在一定的物料配比范圍內(nèi),均可以合成出高質(zhì)量的MCM-48介孑L分子篩,合成MCM.48介孔分子篩的最佳時間為3d,最佳溫度為100℃。在最佳合成條件下,所合成的McM.48分子篩孔徑為2.74nIrl,大小為0.4prn。在凝膠中加入無機(jī)鹽和使用混合表面活性劑均合成出了高質(zhì)量的MCM-48分子篩,分子篩的比表面積均大于1000m2/g,孔徑均大于2ilm。其中,凝膠中加入無機(jī)鹽合成出來的MCM.48分子篩孔壁最厚,而且具有最高的比表面積及孔容,比表面積達(dá)到17
6、14m2/g,孔容達(dá)到1.132cm3/g。.3.首次以平均孔徑為2~5呷的粗糙孑La-A1203陶瓷管為載體,以兩親的表面活性劑的立方相液晶為模板,在水熱條件下臺成具有三維孔道結(jié)構(gòu)的立方相MCM一48介孔氧化硅薄膜。研究結(jié)構(gòu)表明,由于所用載體的表面較粗糙且孔徑較大,原位合成很難在其表面形成完整無缺陷的薄膜。對載體進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理,是成功制備載體膜的先決條件。首次報道采用預(yù)堵孔法對粗糙孑Lcz-A1203陶瓷管載體進(jìn)行預(yù)處理,成功制備立方相MCM-48介孑L氧化硅薄膜的研究。載體進(jìn)行預(yù)堵孔的作用主要是既可以起到修飾載體的作用:又可以起到激活載體的作用
7、.對一次晶化成功制備無缺陷高性能薄膜起著決定性的作用。該方法同預(yù)涂si02和Y—A1203過渡層相比既簡單又有效。以粗糙孔的盯A1203陶瓷管為載體,首次采用二次生長法即預(yù)涂晶種法制各立方相MCM.48介孔氧化硅薄膜。并且首次報道了以混合表面活性劑為模板成功制備立方相MCM-48介孔氧化硅薄膜的研究。無論以單一表面活性劑為模板還是以混合表面活性劑為模板,二次生長法均可以在粗糙孔的ct-A1:03陶瓷管上一次晶化成功制備無缺陷高性能的MCM-48介孔氧化硅薄膜。利用該方法的顯著優(yōu)點為可以加快基膜表面MCM-48介孔氧化硅薄膜的形成,防止雜晶的生成。但該
8、方法對晶種的要求較高,要求晶種大小均勻且尺寸相當(dāng)。II大連理工大學(xué)博士q,O-論文首次考察了低溫重構(gòu)對立方相