無機納米空心球可控制備及其環(huán)境保護方面的應用研究.pdf

1、隨著中國經濟持續(xù)、快速地增長，在快速城市化和工業(yè)化的同時，不僅不同程度地改善了國民的物質生活，也造成了環(huán)境的惡化。世界銀行組織的調查顯示，中國每年GDP的8～12％消耗在環(huán)境危機方面。所以，包括日益嚴重的空氣污染在內的許多環(huán)境問題正在威脅著中國未來發(fā)展的可持續(xù)性。無機納米空心球因其高的熱化學穩(wěn)定性、高比表面、高孔隙、低密度以及良好的生物相容性，而在許多領域，如催化、磁學、微波吸收、鋰離子電池、太陽能電池、電催化、儲氫、氣體傳感、藥物傳送

2、等被廣泛地應用。我們的研究目標是：從理論以及實踐的角度，探求無機納米空心球在環(huán)境保護方面應用的可能性。
　　 不同粒徑、壁厚的中空二氧化硅微球具有不同的物理化學特性，適應不同領域的需求。眾多空心微球的制備技術中，以硬模板法對于粒徑的控制最佳，而模板粒徑的控制是硬模板法制備不同粒徑空心微球的技術關鍵。本研究論文通過無皂聚合技術合成了平均粒徑分別為1231、580、465、362以及224 nm的聚苯乙烯及聚苯乙烯-甲基丙烯酸乳液模

3、板。然后，選用不同模板、改變二氧化硅包覆量，采用硬模板技術、煅燒去除模板，制備了不同粒徑、壁厚的中空二氧化硅微球。制備的二氧化硅納米空心微球直徑介于249～1348nm間，壁厚介于15～81nm間，球殼中微孔孔徑介于3.1～3.8nm間。并結合實驗結果和相關的理論，對二氧化硅中空微球形成機理進行了深入地研究。
　　 二氧化硅納米空心球作為藥物載體的優(yōu)點在于環(huán)境友好、價格低廉、加載藥物簡便和無選擇性，這要歸功于其具有介孔殼的空心結

4、構。納米空心球的表面吸附和“籠效應”使包含其中的草甘膦藥物釋放緩慢。釋放速率可以通過壁厚等來調控，隨著壁厚的增加釋放速率降低。利用空心球擴散模型對釋放數據進行擬合，確立了草甘膦緩釋模型。良好的擬合效果為藥物釋放量的預測提供了一種方法，這在實際應用中扮演著重要的角色。
　　 為了緩解和根除重金屬離子污染，可以選用具有高比表面、強吸附能力的二氧化硅納米空心球作吸附劑。源自于表面氧化學鍵的不飽和性，二氧化硅納米空心球可以容易地吸附銅、

5、鉻、鉛重金屬離子。因吸附容量明顯與離子的共價指數相關，所以此吸附過程應屬于化學吸附。吸附在納米空心球內部的重金屬離子流動性差，有利于吸附效率的提高。擬合數據顯示，吸附容量與離子的共價指數及電荷密度有很強的相關性，隨著共價指數增加或電荷密度的降低，吸附容量增大；吸附常數與電場強度(有效核電荷數)有關，隨著有效核電荷數的增加，吸附常數增大。所有的二氧化硅納米空心球都具有較好的去除銅、鉻、鉛重金屬離子的效果，而且初始濃度越小，去除效果越好。<

6、br>　　 在所有的POPs去除技術中，二氧化鈦光催化降解最為高效。不幸的是，由于二氧化鈦具有巨大的帶隙寬度(銳鈦型和金紅石型分別為3.2和3.0 eV)，只能吸收僅占太陽光一小部分(3～5％)的紫外光。我們利用TiCl4的水解，成功地制備了無摻雜、無染料敏化的二氧化鈦納米空心球可見光催化劑。光催化特性測試表明，所有的二氧化鈦納米空心球均有較高的可見光催化降解苯酚的活性，而且苯酚的初始濃度越低，苯酚的催化降解效率越高。隨著二氧化鈦納米

7、空心微球壁厚的增加，光催化活性增強，在140wt％的HTS降解苯酚的反應系統(tǒng)，可見光照射2h，最多可降解67.8％。由于制備過程中羥連作用和有機核材料氧化產生的氣體膨脹的影響，一部分結合鍵能降低，鍵態(tài)能量漂移到價帶頂之上，可見光響應增強，提高了可見光催化活性。
　　 利用硫化銀表面沉積、空氣中煅燒，成功地制備了銀離子/銀共同進行表面修飾的二氧化鈦納米空心球催化劑。光催化特性測試表明，所有銀離子/銀修飾的二氧化鈦納米空心微球均有可

8、見光催化降解甲基橙的活性，而且甲基橙的初始濃度越低，甲基橙的催化降解效率越高。由于銀和二氧化鈦功函數不同，當銀與二氧化鈦接觸時，產生肖特基勢壘，電子將由二氧化鈦轉移到銀。因此，銀原子在二氧化鈦納米空心球表面的出現有助于更多的空穴轉移到表面、增強光催化效率。表面的銀離子有助于電子的清除。然而，較低數量的銀離子并不足以阻止電子與空穴的再合并，所以10wt％和15wt％Ag+/Ag修飾的二氧化鈦納米空心球的可見催化活性低于未經修飾的二氧化鈦納