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HMS介孔材料的改性研究及其在卷烟减害方面的应用

作　者: 郭武生
导　师: 魏坤
学　校: 华南理工大学
专　业: 材料学
关键词: 介孔固体 包覆 纳米介孔球 纳米线 卷烟烟气
分类号: TS426
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


介孔HMS由于其可调的规整孔道,极高的比表面积,较好的热稳定性,受到了物理、化学和材料界的广泛关注。这类材料具有密度小、孔隙率高、对气体的渗透性和选择性较好等优点,特别是当孔洞尺寸足够小时,同纳米粒子一样会表现出明显的尺寸效应和表面效应。利用模板或自组装技术合成具有超高比表面积且孔道规则的新型介孔材料或介孔复合材料,改善该类材料的性能,使其广泛的应用于各类环境复杂的催化、载药、吸附等领域,并深入分析其组装机理是目前国内外的研究热点。溶胶-凝胶法是目前合成HMS介孔材料的常用方法。该法是通过混合硅源,表面活性剂以及水,在合适温度下处理一定时间,得到固体沉淀后进行水洗、干燥、萃取或焙烧等过程得到终产品的。本论文通过正交实验,优化传统介孔HMS的合成工艺。采用XRD、TEM、FT-IR、Raman、UV-Vis、XPS、TG、DSC等现代分析测试手段研究了煅烧温度、有机共溶剂及La3+、Fe3+、Al3+等杂原子的掺入对介孔结构、形貌、孔径分布、比表面积及其水热稳定性的影响,并深入分析杂原子掺入介孔骨架的自组装机理。为了使纳米微粒的许多特性得到充分地发挥,而且又使材料产生纳米微粒和介孔固体本身所不具有的特殊性质,本论文通过在自组装体系中引入自合成的高分散纳米二氧化钛溶胶,合成了高比表面积的六方介孔HMS包覆纳米二氧化钛粒子的复合材料TiO2-HMS,使得该复合材料具有HMS特性的同时,又具有纳米二氧化钛的特殊催化性能。在自组装体系中引入合适的共混剂,合成了介孔HMS包覆Pr、La相纳米线的复合材料WPr-HMS和WLa-HMS。并研究了煅烧温度对该复合材料性能、结构的影响,对这种介孔包覆纳米线状复合物的自组装机理进行了初步探讨。将自合成的多种规格的介孔及其复合材料作为去除卷烟有害物质添加剂装入卷烟滤嘴,通过卷烟企业检测,发现烟碱、焦油、CO、低分子醛酮类化合物等有害物质明显减少。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-12
第一章 绪论  12-28
  1.1 介孔材料的分类  12-14
    1.1.1 非硅基介孔材料  13-14
    1.1.2 硅基介孔材料  14
  1.2 硅基材料的合成与表征  14-20
    1.2.1 表面模板剂化学  14-16
    1.2.2 合成机理  16-20
    1.2.3 合成条件  20
  1.3 介孔材料的改性  20-23
    1.3.1 介孔主体——纳米客体复合材料  20-21
    1.3.2 关于孔径和壁厚  21-22
    1.3.3 关于水热稳定性  22
    1.3.4 骨架掺杂  22-23
    1.3.5 表面有机功能化  23
  1.4 介孔材料的应用研究  23-25
    1.4.1 超大规模集成电路中的应用研究  23-24
    1.4.2 纳米材料装载方面的研究应用  24
    1.4.3 环保方面的应用研究  24-25
    1.4.4 其它应用  25
  1.5 本课题的目的、意义及主要内容  25-28
    1.5.1 本课题的目的和意义  25-27
    1.5.2 本研究的主要内容  27
    1.5.3 本研究的创新之处  27-28
第二章 实验方法、技术和工艺  28-38
  2.1 前言  28
  2.2 实验所用试剂及设备  28-30
    2.2.1 实验试剂  28-29
    2.2.2 所用设备  29-30
  2.3 实验方法  30-38
    2.3.1 HMS介孔固体的制备  30
    2.3.2 介孔固体的骨架掺杂、水热稳定性及孔径、孔壁调节  30-31
    2.3.3 介孔固体主体-纳米客体复合材料的构筑  31-33
    2.3.4 介孔固体对烟气的吸附实验  33-34
    2.3.5 材料的表征  34-38
第三章 介孔固体工艺优化及骨架掺杂  38-53
  3.1 引言  38
  3.2 正交实验及分析  38-39
  3.3 热处理温度对孔径、比表面积的影响  39-42
  3.4 有机共溶剂对介孔固体结构的影响  42-43
  3.5 杂原子的掺入对介孔固体结构和性能的影响  43-52
    3.5.1 杂原子的掺入对介孔HMS形貌的影响  43-45
    3.5.2 杂原子的掺入对介孔结构的影响  45
    3.5.3 杂原子的掺入对介孔固体水热稳定性的影响  45-47
    3.5.4 杂原子在介孔固体内的自组装机理分析  47-52
  3.6 本章小结  52-53
第四章 介孔固体主体与纳米客体复合材料的构筑与性能  53-72
  4.1 前言  53
  4.2 介孔固体包覆纳米TiO_2复合物的构筑  53-60
    4.2.1 中间产物二氧化钛溶胶形貌及结构  53-56
    4.2.2 煅烧温度对骨架振动的影响  56-57
    4.2.3 煅烧温度对孔结构的影响  57-58
    4.2.4 二氧化钛与介孔固体的相互作用及其掺入对光谱吸收性能的影响  58-60
  4.3 介孔包覆纳米线复合材料的构筑及性能  60-71
    4.3.1 棒状介孔包覆Pr相纳米线复合体的形貌  60
    4.3.2 棒状介孔包覆Pr相纳米线复合体热分析及处理温度对其结构的影  60-66
    4.3.3 棒状介孔包覆Pr相纳米线复合体的光谱吸收性能分析  66
    4.3.4 介孔包覆La相纳米线复合物的构筑  66-67
    4.3.5 介孔包覆La相纳米线自组装机理探析  67-71
  4.4 本章小结  71-72
第五章 烟气吸附实验与结果分析  72-80
  5.1 前言  72
  5.2 提高卷烟过滤效率的原理  72-73
  5.3 简易气象色谱分析  73-74
  5.4 La-HMS对卷烟烟气中低分子醛酮类物质的吸附过滤作用  74-78
    5.4.1 工作曲线的建立  74-75
    5.4.2 标准溶液的色谱图  75-76
    5.4.3 卷烟样品主流烟气中的醛酮含量  76-78
  5.5 材料对卷烟烟气中焦油、烟碱、一氧化碳的过滤作用  78-79
  5.6 本章总结  79-80
结论  80-83
参考文献  83-96
攻读硕士学位期间取得的研究成果  96-99
致谢  99

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中图分类: > 工业技术 > 轻工业、手工业 > 烟草工业 > 原料 > 辅助物料
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