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本论文针对环境保护的需求研制新型的功能介孔材料,侧重于有机功能化研究。有机-无机复合功能材料的研究在近十年来受到广泛关注,是当前材料科学研究的热点之一。它们在吸附、生物催化、传感材料等领域具有难以估量的潜在应用。鉴于有机-无机复合材料的性能主要取决于它所含有的有机官能基团这一特点,本论文将致力于通过简便且经济的方法将有机官能基团有效地固定在介孔载体的孔道内,使其具有独特的性能并尝试用于检测特定金属离子或者固载大体积生物分子。含有金属阳离子活性位的介孔硅功能材料是清除环境烟气里致癌污染物如挥发性亚硝胺的吸附剂,本论文将尝试“纳米筑造”等方法提高金属氧化物活性组分的原子利用率以研制高效的介孔吸附材料。对于卷烟烟气中非挥发性的致癌物质一烟草特有亚硝胺(TSNA),我们尝试利用特殊形貌的沸石材料将其捕获并加以去除。
主要研究内容如下:
1.采用共聚缩合-孑乙道内反应的方法,将Schiff-碱类荧光团功能基团引入介孔复合新材料中。该荧光基团具有与金属离子配位的活性位,我们用荧光光谱检测该材料在溶液中对重金属离子污染物的选择性吸附效果,并推导出它检测金属离子的机理,计算出检测的灵敏度和检测限。
2.合成新型的有序介孔有机硅材料(PMOs)。PMOs材料的合成难点在于有机硅源的种类非常少,而且有机硅源往往具有长而且柔韧性的有机桥基基团而受到几何结构的限制、很难被组装成介孔的孔壁,因此用100%有机硅源合成具有规整结构的有机介孔硅材料未见报道。我们用简便而且经济的方法合成了两种新的硅源并研制出相应的PMOs材料,进而用有机硅作为唯一硅源合成出PMOs。本论文研究了这些新材料的结构、形貌和稳定性,发现它们对于辣根过氧化物酶具有良好的固载性质并能够提高其生物活性。
3.为了研制高效环境保护新材料,我们尝试利用铝盐来提供合成介孔分子筛所需的酸性,同时也作为模板剂在介孔孔壁人为制造出缺陷,提高铝活性位的可接触性,提高样品对致癌物质亚硝胺的吸附性能。另外我们研究了不同合成方法所得含铝介孔分子筛材料对于另一种环境污染物1,3-丁二烯的吸附去除,并结合NH3-TPD和NPYR瞬间吸附两种探针手段研究它们结构-性能之间的关联。
4.针对烟草降害中的难题,调控分子筛材料形貌提高其吸附亚硝胺的性能。烟草特有亚硝胺(TSNAs)存在于卷烟主流烟气的粒相物中,很难被普通材料吸附去除。我们试用具有特殊形貌的类分子筛材料CAS-1拦截主流烟气中的粒相物,CAS-1具有长纤维形貌并富含钙离子,能够显著地去除主流烟气中TSNAs。