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有序介孔二氧化硅(SiO2)材料因其表面富含羟基,导致其在高湿度条件下对有机物的吸附容量降低。通过有机功能化方法可以对有序介孔SiO2材料进行疏水改性,但大多研究存在着以损失孔径和比表面积为代价等问题。为实现有序介孔SiO2表面疏水改性,同时避免比表面积降低的问题,本文选用乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)作为改性剂,以获得具有抗水性的介孔SiO2吸附材料,主要内容包括:
采用耗散粒子动力学(DPD)对介孔SiO2改性合成过程进行模拟,结果显示当在介观体系中加入一定比例的VTES时,介孔SiO2的介观结构会发生二维到三维的改变,同时材料表面的耐水性增加。采用密度泛函(DFT)模拟探究了VTES改性的介孔SiO2材料对有机物的吸附性能,结果表明,相比未改性的介孔SiO2材料,VTES改性的介孔SiO2材料对有机物的吸附能力增加。上述结果表明VTES作为介孔SiO2功能化改性剂在理论上具有可行性。
通过共缩合法制备了乙烯基功能化的有序介孔SiO2材料,并对合成材料的结构和性质进行了表征。结果表明乙烯基基团被成功引入材料孔壁表面;同时,吸附测试表明乙烯基的引入可以提高有序介孔SiO2材料的耐水性和对有机物的吸附能力。此外,当VTES/(VTES+TEOS)摩尔比增加到15%时,有序介孔SiO2的孔道结构可发生二维六方(p6m)向三维立方(Ia3d)的转变,这种结构转变可以使材料比表面积提高4%~10%。
采用动态吸脱附方法探究了对二甲苯在有序介孔SiO2上的吸脱附行为。实验结果表明,经过有机基团修饰后,合成材料的耐水性增加,Qwet/Qdry值从56.2%增加到85.2%(Qdry代表在相对湿度为0时的吸附容量,Qwet代表在相对湿度为38%时的吸附容量)。脱附实验表明,功能化有序介孔SiO2在湿润情况下仍具有较好的脱附率,对对二甲苯的解吸率可达88.1%。吸脱附循环试验表明,功能化介孔SiO2具有较好的稳定性,经六次循环后,其吸附容量可保持在91%以上。
本研究合成出的新型介孔SiO2材料具有良好的应用前景,并为后续类似材料的开发提供理论和实践指导。
采用耗散粒子动力学(DPD)对介孔SiO2改性合成过程进行模拟,结果显示当在介观体系中加入一定比例的VTES时,介孔SiO2的介观结构会发生二维到三维的改变,同时材料表面的耐水性增加。采用密度泛函(DFT)模拟探究了VTES改性的介孔SiO2材料对有机物的吸附性能,结果表明,相比未改性的介孔SiO2材料,VTES改性的介孔SiO2材料对有机物的吸附能力增加。上述结果表明VTES作为介孔SiO2功能化改性剂在理论上具有可行性。
通过共缩合法制备了乙烯基功能化的有序介孔SiO2材料,并对合成材料的结构和性质进行了表征。结果表明乙烯基基团被成功引入材料孔壁表面;同时,吸附测试表明乙烯基的引入可以提高有序介孔SiO2材料的耐水性和对有机物的吸附能力。此外,当VTES/(VTES+TEOS)摩尔比增加到15%时,有序介孔SiO2的孔道结构可发生二维六方(p6m)向三维立方(Ia3d)的转变,这种结构转变可以使材料比表面积提高4%~10%。
采用动态吸脱附方法探究了对二甲苯在有序介孔SiO2上的吸脱附行为。实验结果表明,经过有机基团修饰后,合成材料的耐水性增加,Qwet/Qdry值从56.2%增加到85.2%(Qdry代表在相对湿度为0时的吸附容量,Qwet代表在相对湿度为38%时的吸附容量)。脱附实验表明,功能化有序介孔SiO2在湿润情况下仍具有较好的脱附率,对对二甲苯的解吸率可达88.1%。吸脱附循环试验表明,功能化介孔SiO2具有较好的稳定性,经六次循环后,其吸附容量可保持在91%以上。
本研究合成出的新型介孔SiO2材料具有良好的应用前景,并为后续类似材料的开发提供理论和实践指导。