炭氣凝膠吸附性能研究

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1、介孔碳材料特異性吸附低密度脂蛋白的研究二0—0年11月介孔碳材料特異性吸附低密度脂蛋白的研究【摘要】【關(guān)鍵字】—、背景碳是口然界儲(chǔ)量豐富和存在形式變化故多的元素。與其它無(wú)機(jī)非金屬材料相比，碳元素的特點(diǎn)之一是存在著眾多的同素異形體，其原子間除單鍵外，還能形成穩(wěn)定的雙鍵和卷鍵，從而形成許多結(jié)構(gòu)和性質(zhì)完全不同的物質(zhì)，人們所熟知的就有金剛石、石墨和不同石墨化程度的各種過(guò)渡態(tài)炭，近年來(lái)乂發(fā)現(xiàn)了以為代表的富勒烯和碳納米管。由于炭元索鍵合方式的多樣化，炭材料的特性兒乎可包括地球上所有物質(zhì)的各種性質(zhì)其至相對(duì)立的性質(zhì)，如從最硬到極軟，全吸光到全透光，絕緣到半導(dǎo)體直至高導(dǎo)體，絕熱到良導(dǎo)體，鐵磁體到高臨界

2、溫度的超導(dǎo)體等。從特性來(lái)看，炭材料可以是兼有金屬、陶瓷和高分子材料三者性能于一身的獨(dú)特材料。近年來(lái)對(duì)炭材料的認(rèn)識(shí)又有飛躍性的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)炭在納米尺度的不同組裝或排列方式對(duì)炭材料的性能佇本質(zhì)的影響。由于納米孔結(jié)構(gòu)炭材料有良好的結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性，表而積、孔結(jié)構(gòu)及表而物理化學(xué)性質(zhì)的可控制性，可根據(jù)不同應(yīng)用對(duì)其結(jié)構(gòu)的要求設(shè)計(jì)出相應(yīng)的納米孔結(jié)構(gòu)炭材料，因此納米孔結(jié)構(gòu)炭材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與可控制備及其在能源、催化和生物領(lǐng)域的應(yīng)川成為該領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。(%1)、多孔材料概述從20世紀(jì)60年代美國(guó)對(duì)高比表血積活性炭的研究開(kāi)始，多孔材料第一次作為一門新興的材料學(xué)躍上了材料研究的舞臺(tái)，并發(fā)揮了重要的作用，

3、成為材料研究領(lǐng)域不可缺少的一部分。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，多孔材料的發(fā)展也更加迅猛，不僅局限于某一方面，而且逐步面向工業(yè)生產(chǎn)和口常生活的每一個(gè)方而。與一般材料不同，多孔材料不僅能和原子、離子和分子在材料的表而發(fā)生作用,而口這種作用還能貫穿于整個(gè)材料的體相內(nèi)的微觀空間。山于這種獨(dú)特的性能，多孔材料在多和催化、吸附分離、傳感器、天然氣和氫氣儲(chǔ)存、電化學(xué)電極材料等眾多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，一直受到人們的關(guān)注，全世界有上T個(gè)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展相關(guān)研究。根據(jù)國(guó)際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)的規(guī)定，孔徑小于2nm稱為微孔材料(microporousmaterials),孔徑介于2-50nm為中孔或

4、介孔材料(mesoporousmaterials),而孔徑大于50nm稱為大孔材料(macroporousmaterials)o其中常見(jiàn)的微孔材料有沸石、活性炭以及有機(jī)金屬調(diào)和聚合物等，中孔材料包括氣凝膠、層狀粘土、MCM系列和SBA系列有序中孔氧化硅材料，大孔材料主要包括有多孔陶瓷籌。(%1)、炭氣凝膠1、炭氣凝膠結(jié)構(gòu)炭氣凝膠(CarbonAerogels)是經(jīng)溶膠一凝膠、超臨界干燥及炭化過(guò)程制備的一種新型輕質(zhì)納米多孔無(wú)定形炭素材料.其孔隙率高達(dá)80?98%,典型孔隙尺寸小于50nm,網(wǎng)絡(luò)膠體顆粒尺寸3?20nm,比表而積高達(dá)600?1000m2/g,密度變化范圍0.05?0.80

5、g/cm3,是一種具有許多優(yōu)異性能(導(dǎo)電性、光導(dǎo)性、絕熱性等)和廣闊應(yīng)用前景的功能性材料。氣凝膠是最輕的凝聚態(tài)固體材料口，具有特殊的納水結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致了其獨(dú)特的性能和川途。進(jìn)入八十年代氣凝膠的研究異?；钴S，在制備和性能的棊礎(chǔ)和應(yīng)用研究方而已取得引人注目的成績(jī)。其中最具影響力的進(jìn)展之一是美國(guó)LawranceLivermore國(guó)家實(shí)驗(yàn)室PekalaR.W。在1987年首次制備出有機(jī)氣凝膠.并炭化得到炭氣凝膠。雖然經(jīng)過(guò)近十年的研究開(kāi)發(fā)有機(jī)氣凝膠和炭氣凝膠，但與無(wú)機(jī)氣凝膠相比，還處丁研究起步階段，有許多規(guī)律和應(yīng)用需要進(jìn)一步研究和開(kāi)拓。尤其是炭氣凝膠與眾多的高新技術(shù)相聯(lián)系，我們認(rèn)為其研究必將有

6、利于高新技術(shù)的發(fā)展。2、炭氣凝膠的性質(zhì)(1)氣凝膠的微孔特性通過(guò)低溫N2吸附法對(duì)測(cè)量氣凝膠的比表曲積和孔徑分布，氣凝膠是典型的中孔材料，故可幾孔徑通常小T50nm，比表面積約200?HOOmVg,控制溶膠一凝膠過(guò)程的合成條件可以控制孔結(jié)構(gòu)。但N2吸附過(guò)程可能使一些閉孔無(wú)法檢測(cè)，同時(shí)測(cè)試結(jié)果的計(jì)算涉及到模型的選擇問(wèn)題，不同的模型得到的結(jié)果往往相差較大，因而不能完全真實(shí)反映氣凝膠的孔徑分布和總孔容。核磁共振(NMR)結(jié)合傅立葉紅外光譜(FTIR)可以從分子水平了解凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中交聯(lián)鍵的形成過(guò)程，為合成機(jī)理的論證提供依據(jù)。高分辨透射電鏡(HRTEM)和掃描電鏡(SEM)則從宜觀圖彖給出氣凝

7、膠的內(nèi)部交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),但是高壓電子?xùn)c與氣凝膠纖細(xì)網(wǎng)絡(luò)Z間的相互作用容易引起氣凝膠結(jié)構(gòu)的燒結(jié)，導(dǎo)致氣凝膠電鏡圖象變形。小角散射(SAX)是忖前表征氣凝膠最可信、最有力的手段，且對(duì)樣品沒(méi)有損害。散射結(jié)果可以反映網(wǎng)絡(luò)和粒子的分形特征，孑L、團(tuán)簇和粒子的關(guān)聯(lián)長(zhǎng)度。硅氣凝膠具有典型的分形特征，而有機(jī)氣凝膠的分形行為述不能確定。硅氣凝膠已成為研究分形結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)行為的最佳材料。(2)氣凝膠的熱性能納米多孔氣凝膠具有極低的熱導(dǎo)率。氣凝膠的熱導(dǎo)率山氣相熱導(dǎo)率、固相熱導(dǎo)率和輻