氨基功能化多孔氧化硅材料合成及其CO2吸附性能研究.pdf

1、眾所周知,由于人類排放至大氣中的CO2數(shù)量不斷增加且CO2與氣候變化密切相關(guān),因此CO2的排放引起了世人的高度關(guān)注。本文以氨基功能化SBA-15和以陰離子表面活性劑為模板劑合成氨基功能化多孔氧化硅(AFPS)為研究體系,主要采用優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件(如pH值、陳化溫度、陰離子類型等)方式,提高室溫和常壓下氨基功能化多孔氧化硅的CO2吸附量。同時(shí),還利用(原位)紅外、N2吸-脫附、元素分析、SEM、TG-DTA、TPD、XRD和TEM等技術(shù)對(duì)合成

2、的多孔氧化硅進(jìn)行了表征。本文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　 (1)氨基功能化SBA-15的直接合成及其CO2吸附性能。
　　 通過直接法合成了氨基功能化的介孔氧化硅材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)合成體系中APTES(氨丙基三乙氧基硅烷)與(APTES+TEOS)的摩爾比小于0.20或APTMS(氨丙基三甲氧基硅烷)與(APTMS+TEOS)的摩爾比小于0.10時(shí),所合成的材料均具有SBA-15介孔結(jié)構(gòu)。由于氨基對(duì)SBA-15結(jié)

3、構(gòu)的形成產(chǎn)生副作用,當(dāng)上述兩比值分別大于0.20和0.10時(shí),介孔結(jié)構(gòu)將會(huì)坍塌。但是,引入F-后,即使上述兩比值達(dá)到0.25和0.30時(shí),所合成的材料仍具有有序的介孔結(jié)構(gòu),且材料的孔容和比表面積較高。CO2吸附實(shí)驗(yàn)表明,隨著反應(yīng)體系中氨基功能化物質(zhì)(APTES或APTMS)含量增加,所合成的材料吸附CO2的能力提高;在F-輔助下合成的材料吸附CO2的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于無F-輔助下合成材料的。
　　 (2)表面羥基高密度化SBA-15的

4、合成、氨基功能化及其CO2吸附性能。
　　 在HCI溶液中引入HAc后,由于Ac-可降低硅羥基的水解與聚合反應(yīng),因此可合成表面羥基高密度化的SBA-15材料。通過填充TEPA(tetraethylenepentamine)可獲得氨基功能化SBA-15(AF-SBA-15)材料。實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)TEPA與SBA-15的質(zhì)量比(x)小于0.6時(shí),所獲得的AF-SBA-15均具有與純SBA-15一樣的結(jié)構(gòu)。CO2吸附實(shí)驗(yàn)說明,當(dāng)x為0.1

5、時(shí),隨著吸附溫度升高,AF-SBA-15對(duì)CO2的吸附能力降低;當(dāng)x為0.6時(shí),隨著吸附溫度升高,AF-SBA-15對(duì)CO2的吸附能力增加。
　　 (3)萃取方式、陳化溫度、pH值和反應(yīng)物組成等對(duì)以陰離子表面活性劑為模板劑合成氨基功能化多孔氧化硅吸附CO2的影響。分別以十二烷基肌氨酸鈉(Sar-Na)、APTMS和TEOS為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑(SDA)、共結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑(CSDA)和硅源合成了氨基功能化介孔氧化硅預(yù)產(chǎn)物。分別用乙醇-乙醇胺和

6、鹽酸-乙晴混合液萃取預(yù)產(chǎn)物中的模板劑。研究表明,乙醇-乙醇胺的萃取效果好于鹽酸-乙晴的,且萃取后獲得的材料對(duì)CO2的吸附能力優(yōu)于由鹽酸-乙晴萃取后獲得材料的。
　　 從元素分析和TEM表征結(jié)果可知,陳化溫度和pn值對(duì)介孔材料內(nèi)氨基含量影響較大。當(dāng)在較低的陳化溫度和相對(duì)較低的pn值下,所合成材料對(duì)CO2的吸附量較高。
　　 CO2吸附實(shí)驗(yàn)表明,在以陰離子表面活性劑為模板劑合成介孔氧化硅中,APTMS與TEOS的比值對(duì)合成材

7、料的CO2吸附性能起重要作用。當(dāng)加入0.61ml APTMS和3.0 mlTEOS至含39 ml HCl(0.1 mol/l),70 ml H2O和1.76 g Sar-Na的混合溶液中時(shí),所合成材料的CO2吸附能力優(yōu)于其它條件下(如加入0.3 ml的APTMS和3.0 ml的TEOS至含13 mlHCl(0.1 mol/l),70 ml H2O和0.59 g的Sar-Na混合溶液中)合成材料的。
　　 (4)以月桂酸為模板劑合

8、成氨基功能化多孔氧化硅及其CO2吸附性能。
　　 分別使用月桂酸為SDA、APTMS為CSDA、TEOS為硅源,采用溶膠-凝膠法,通過乙醇胺-乙醇體系萃取模板劑后,合成了氨基功能化多孔氧化硅。CO2吸附實(shí)驗(yàn)表明,隨著反應(yīng)體系中APTMS含量提高,所合成材料對(duì)CO2的吸附能力不斷提高;但當(dāng)APTMS與月桂酸體積比大于2.2:3.0時(shí),隨著APTMS含量提高,所合成材料對(duì)CO2的吸附量降低。此外,通過調(diào)查甲醇、乙醇、丙醇和正丁醇等對(duì)