MCM-41型介孔分子篩的表面修飾及其吸附性能研究.pdf

1、MCM-41自20世紀(jì)90年代初合成以來，成為研究最多的一類介孔硅基材料。其顯著的特性表現(xiàn)在規(guī)則的六方孔道結(jié)構(gòu)、狹窄的孔徑分布、極高的比表面積以及壁厚、孔徑可調(diào)、具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性等優(yōu)異的性質(zhì)。有機官能化介孔材料在過去十年中受到了材料、物理、化學(xué)等學(xué)科的廣泛關(guān)注。這類材料具有介孔材料和其所搭載的有機基團協(xié)作互補的特性：有機基團提供給材料所希望的表面特性或反應(yīng)活性，而無機的介孔硅骨架提供給材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，化學(xué)惰性和可控的孔道

2、結(jié)構(gòu)，高的表面積與分布均一的孔徑。后嫁接處理法是介孔材料有機功能化修飾最為常用的方法。MCM-41表面含有的自由硅羥基-SiOH和=Si(OH)<,2>與硅烷耦合劑反應(yīng)，將烷基、氨基、硫醇等官能團引入介孔，而且這些活性基團可以進一步反應(yīng)引入不同的功能基團，從而開發(fā)出新的功能材料。 本論文以介孔分子篩MCM-41為基質(zhì)，通過后嫁接處理法，制備了一系列的有機功能化的MCM-41介孔材料，具體研究內(nèi)容如下： 1．室溫下，以十六

3、烷基三甲基溴化銨為模板劑，合成了介孔分子篩MCM-41。并且通過后嫁接處理法，采用3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氯丙基三乙氧基硅烷修飾MCM-41使其錨固上3-氨丙基、3-氯丙基，得到有機功能化的介孔材料MCM-41-ap和MCM-41-cp。進而從合成的MCM-41-ap出發(fā)，選取2-乙酰吡啶、水楊醛、呋喃甲醛和噻吩甲醛與其上的伯胺縮合，形成單Schiff base功能化的介孔材料1-4；通過親核取代反應(yīng)將合成的雙2-乙酰吡啶縮二乙撐三

4、胺和雙水楊醛縮二乙撐三胺連接到MCM-41-cp上，形成雙Schiff base功能化的介孔材料5和6。合成的樣品經(jīng)XRD、IR、元素分析和TGA進行結(jié)構(gòu)和性質(zhì)表征，證明有機基團鍵合到了MCM-41孔道內(nèi)表面，而且有機基團的存在，并沒有改變基質(zhì)的特有結(jié)構(gòu)，即：有機功能化后的MCM-41仍然保持其原有的典型六方介孔結(jié)構(gòu)，只是結(jié)構(gòu)有序度略有減弱。 2．采用我們修飾的功能化MCM-41納米介孔材料1，2，5，6，研究了其對金屬離子Fe

5、(Ⅲ)，Ni(Ⅱ)，Cu(Ⅱ)，Zn(Ⅱ)，Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附性能。研究發(fā)現(xiàn)：吸附劑對單一金屬離子的吸附性能受到介質(zhì)pH的影響，一般來說，pH較高時有較好的吸附性能。4種吸附劑可以作為金屬離子的提取劑循環(huán)使用。Cu與其他金屬離子的二元溶液吸附研究表明，最佳分離系數(shù)達到150以上，最小也在數(shù)倍以上，可見這些吸附劑在一定程度上可能作為Cu與其他金屬的分離材料。論文研究結(jié)果，增加了6種的新的Schifl堿嫁接的MCM-41納米介孔材