功能性氧化硅微-納米材料的制備與性質(zhì)研究.pdf

1、本文主要對功能性二氧化硅微納米材料的制備與性質(zhì)進(jìn)行了研究，獲得一些創(chuàng)新性結(jié)果。這些研究對硅材料的合成與應(yīng)用，以及玉米植株的合理開發(fā)提供了良好的途徑。 1.植硅石與玉米植株中的硅植硅石是沉淀于某些高等植物體內(nèi)(細(xì)胞壁、細(xì)胞腔內(nèi)部或細(xì)胞之間的間隙)的含水非晶態(tài)二氧化硅。許多資料顯示，禾本科植物中含有較多的硅，玉米植株是禾本科植物的典型代表。 因此，這里重點研究了玉米(稈、葉片、根)中的植硅石。并深入討論了直接燃燒法、酸處理法

2、、酸堿處理法、酶處理法對玉米植株中植硅石的影響。發(fā)現(xiàn)直接燃燒法在500℃燃燒8h可以獲得形貌較為完整的植硅石；酸處理法獲得了納米級的硅球，并對不同的酸處理結(jié)果做了對比，發(fā)現(xiàn)在400℃硝酸處理2h的反應(yīng)條件最佳，得到了粒徑200nm的硅球；樣品經(jīng)酶處理后，發(fā)現(xiàn)酶對植硅石影響不大，但比較嚴(yán)重的影響了纖維素、半纖維素、木質(zhì)素的形貌和結(jié)構(gòu)。對樣品分別進(jìn)行了顯微鏡、透射電鏡、掃描電鏡、紅外光譜、X射線衍射、電子能譜等分析。最后，推測了玉米植株中硅

3、的來源與反應(yīng)狀況，推測了玉米植株內(nèi)微米級硅球轉(zhuǎn)化為納米級硅球的過程。 2.SiO2微孔材料的制備按照國際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(IUPAC)的定義，多孔材料孔徑在2-50nm之間的材料稱之為介孔材料，低于2nm稱為微孔材料.超微孔材料一般是指其孔徑介于微孔和介孔臨界區(qū)間即在1.0-2.0nm范圍內(nèi)的孔材料，其合成思路、材料性質(zhì)與介孔材料相似。介孔材料的制備多以表面活性劑的自組裝體系為模板，通過溶膠.凝膠化學(xué)反應(yīng)來完成的。在催化劑、

4、催化劑載體、色譜填充材料、吸附與分離技術(shù)、環(huán)保、主客體化學(xué)、材料合成模板等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。 本文以三種不同的小分子水凝膠(Fmoc-D-丙氨酸-D-丙氨酸二肽、Fmoc-D-丙氨酸-L-蘇氨酸二肽、Fmoc-D-丙氨酸-L-酪氨酸二肽)為模板合成了超微孔二氧化硅材料，并且利用紫外光譜、紅外光譜、X射線衍射、N2吸附-脫附、透射電鏡、高分辨透射電鏡等技術(shù)對合成材料進(jìn)行了表征。結(jié)果顯示其孔徑在1.0-2.0nm之間，其范圍在

5、超微孔材料范圍內(nèi)。其中，最大的BET比表面積達(dá)880.353m2/g。 3.納米Si02粒子的改性及Si02-Ag異二聚體的形成由TEOS、A-151和KH570合成了改性的納米二氧化硅，改性后的納米二氧化硅具有較好的疏水性。對改性前后的納米二氧化硅表面進(jìn)行表征，證明了該實驗方法可以有效的分散其聚集體。由XRD分析證明改性前后硅球的狀態(tài)都是無定形態(tài)；而FTIR測試證明A-151和KH570確實已經(jīng)和納米二氧化硅表面的羥基發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)；

6、TEM測試證明了改性后的納米二氧化硅達(dá)到了納米級的分散。 除此之外，我們還分別用親水、疏水兩種硅球合成了SiO2-Ag的異二聚體。發(fā)現(xiàn)，對于親水的硅球而言，小粒徑的硅球更容易形成異二聚體，大粒徑的硅球則容易形成納米復(fù)合微球。而對疏水的硅球來講，低溫時的反應(yīng)更容易獲得SiO2-Ag異二聚體。所有的實驗結(jié)果由TEM來證明。本論文的新穎之處： 1.本論文主要研究了玉米植株中植硅石的存在、來源和形貌，對比了直接燃燒、三種常見酸、

7、酸和堿、三種混合酶對玉米植株中纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、植硅石形貌的影響。并對微米級的植硅石進(jìn)行破壞得到了納米級的硅球。 2.用一種新穎的模板劑——小分子水凝膠(包括Fmoc-D-丙氨酸-D-丙氨酸二肽、Fmoc-D-丙氨酸-L-蘇氨酸二肽、Fmoc-D-丙氨酸-L-酪氨酸二肽)合成了具有較高比表面積的二氧化硅超微孔材料，并用溶劑洗滌法去除了模板劑。 3.用常見的溶膠-凝膠法，調(diào)節(jié)合適的酸度，用正硅酸已酯直接與硅烷偶聯(lián)劑