以CTAB/SDS体系为模板合成有序介孔二氧化硅的研究

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介孔材料是一种特殊的纳米材料,自诞生之日起就受到国际化学、材料及物理学界的高度重视,并迅速发展成为跨学科的研究热点之一。尽管介孔材料目前尚未获得大规模的工业化应用,但它所具有的孔道大小均一、排列有序、孔径可在2~50nm之间连续调节等特点,使其在催化、吸附和分离等领域有着重要的应用意义。本文首先致力于正负离子表面活性剂CTAB/SDS体系液晶相的研究,探索了不同浓度下液晶相的形成条件及稳定性。研究发现,在极低的表面活性剂浓度下(质量分数为0.7%)体系也能够形成液晶。随着表面活性剂总浓度的提高,C区(CTAB占多数的相区)形成液晶的能力越来越强,相区有所扩大且向右移,耐温稳定性也进一步加强。此外还发现了双水相的存在,并解释了可能的形成原因。  本文对以CTAB/SDS体系为模板合成介孔二氧化硅的各个条件进行了详细探索。研究发现本文所合成的介孔二氧化硅具有一定的有序性,且经过焙烧之后孔壁上依然含有一定量的硅羟基,这有利于材料进一步的功能化修饰。在CTAB/SDS体系的低浓度C区和高浓度C区所合成的介孔二氧化硅的孔径相差不大(一般在6~9nm之间),但比表面积却有很大差别。对于低浓度C区,在碱性条件下更有利于有序介孔二氧化硅的形成,且比表面积也更大;而对于高浓度C区则相反,在中性条件下更有利于有序介孔二氧化硅的形成,增加反应的pH值只能使得孔壁加厚,比表面积更小。这是由于在不同表面活性剂浓度下,TEOS的水解缩合机理不同所造成的。另外,在低浓度C区和高浓度C区还分别得到了蠕虫状和囊泡状的介孔二氧化硅。当CTAB/SDS体系的总浓度为0.10mol/L时,得到了最大比表面积的介孔二氧化硅。且当加入TMB时,材料的孔径明显变大,而比表面积则有所下降。这是由CTAB/SDS形成的有序组合体(或胶束)对TMB的增溶作用导致的。研究介孔材料的最终目的是为了应用。最后本文考察了自制的介孔二氧化硅对亚甲基蓝和甲基紫两种有机染料的吸附作用,详细分析了染料的初始浓度、介孔二氧化硅的用量及种类、吸附时间等因素对吸附效果的影响,并探索了可能的吸附机理,研究了相对应的动力学吸附方程。研究发现,随着初始浓度的增加,吸附量增大但吸附率降低;随着二氧化硅用量的增加,吸附量降低,但吸附率增大;随着吸附时间的延长,吸附率和吸附量都增大。介孔二氧化硅对亚甲基蓝和甲基紫的最大饱和吸附量都在20mg/g左右,且当初始浓度小于40mg/L时,吸附率在90%以上,由此可见,本文自制的介孔二氧化硅在处理染料废水方面有一定的实际应用价值。本文的研究认为,介孔二氧化硅对有机染料的吸附等温线与Langmuir吸附等温线有些类似,但具体吸附机理却有所不同。孔二氧化硅对有机染料的吸附作用力主要为范德华力而非氢键力。介孔二氧化硅对两种有机染料的吸附均为二级动力学反应,即t/Γ=t/Γe+1/k2Γ2e。
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