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介孔SBA-15/超支化聚砜胺杂化体的制备与染料吸附性能研究

作　者: 安晴晴
导　师: 王依民
学　校: 东华大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: SBA-15 超支化聚砜胺有机-无机杂化染料吸附拟合
分类号: O631.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

自上世纪九十年代开始,有机-无机杂化体就作为新兴材料受到科学工作者的广泛关注和深入探讨。其中,将介孔材料与有机物杂化也逐渐成为研究热点之一。介孔材料有序、可调的孔道,巨大的孔容和比表面积,使其在催化、吸附、生物感应等领域都具有应用潜力。但化学活性低的缺点使介孔材料的应用受到一定限制。通过杂化,介孔材料表面缺乏化学反应基团的状况得到显著改善;然而将介孔材料与超支化聚合物进行杂化的研究与应用却鲜有报道。本课题以双亲性三嵌段共聚物（PEO-PPO-PEO）为模板剂制得介孔材料SBA-15,对其表面进行胺基化,以胺基基团连接超支化聚砜胺,最终制得介孔SBA-15/超支化聚砜胺杂化体。对该杂化体进行XRD、SEM、TEM、N₂吸附、FTIR、NMR、EA、TGA等各项测试,以研究其外观形貌、结构性质及化学组分。测试发现超支化聚砜胺已成功与SBA-15进行杂化,有机相含量为29wt%;超支化聚砜胺的接枝并未破坏SBA-15的原有结构,杂化体仍然保持有序的六方孔道结构;超支化聚砜胺接入SBA-15孔道之后,使得SBA-15介孔材料的原有孔容量以及孔道表面积有所减小。改性后的SBA-15表面含有丰富的末端胺基,为进一步应用提供可能。将制得的介孔SBA-15/超支化聚砜胺杂化体作为吸附剂,吸附弱酸性染料山德兰红。通过紫外-可见光分光光度测试,发现杂化体粉末对山德兰红染料具有优异的吸附能力,最大吸附量可达到585mg/g。通过与多种吸附剂（SBA－15、SBA-NH₂、活性炭）的吸附性能进行比较,介孔SBA-15/超支化聚砜胺杂化体对染料的吸附能力明显优于其无机基体SBA-15和胺丙基改性的SBA-NH₂,杂化体对染料的吸附量更是活性炭的2-3倍。介孔SBA-15/超支化聚砜胺杂化体对染料的吸附受到温度、PH值等因素影响。吸附动力学研究表明杂化体在10h内基本达到吸附平衡,适当升高温度（35℃最宜）,调节PH值至弱酸性均可对吸附起到促进作用。对吸附过程进行Langmuir及Freundlich拟合。由拟合的相关数据得出,Langmuir模型能更好的描述杂化体对染料的吸附行为,即整个过程中吸附为单分子层吸附为主。利用拟一级动力学方程和拟二级动力学方程对染料在杂化体上的吸附行为进行模拟,确定吸附过程的定速步骤:在低浓度范围内定速步骤由液膜扩散和颗粒扩散共同决定,在高浓度范围内液膜扩散作用决定。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-13
第一章绪论  13-33
  1.1 介孔材料概述  13-20
    1.1.1 介孔材料的分类  14
    1.1.2 介孔材料的结构特点  14-15
    1.1.3 介孔材料的形成机理  15-18
    1.1.4 介孔材料的制备方法  18-20
  1.2 介孔材料的改性  20-26
    1.2.1 改性目的  20-21
    1.2.2 改性原理  21
    1.2.3 改性方法  21-24
    1.2.4 介孔材料SBA-15的改性  24-26
  1.3 介孔材料的应用  26-30
    1.3.1 吸附与分离  26-27
    1.3.2 催化  27
    1.3.3 半导体传感和生物传感  27-29
    1.3.4 纳米反应器  29
    1.3.5 其他应用  29-30
  1.4 课题研究内容及意义  30-33
    1.4.1 研究背景  30
    1.4.2 研究内容及创新点  30-33
第二章实验方法与测试手段  33-39
  2.1 超支化改性介孔 SBA-15 杂化材料的制备过程  33-34
  2.2 超支化改性介孔 SBA-15 杂化材料的表征方法  34-39
    2.3.1 X射线衍射分析  34
    2.3.2 比表面积和孔道结构分析  34-36
    2.3.3 电子显微镜分析  36-37
    2.3.4 固体核磁(NMR) 分析  37
    2.3.5 红外(FTIR) 分析  37
    2.3.6 元素分析(EA)  37
    2.3.7 热重(TG) 分析  37-38
    2.3.8 紫外分光光度分析  38-39
第三章超支化改性介孔 SBA-15 杂化材料的制备及结构分析  39-59
  3.1 引言  39-42
  3.2 超支化改性介孔 SBA-15 杂化材料的制备  42-44
    3.2.1 实验仪器及实验药品  42-43
    3.2.2 介孔材料 SBA-15 的合成  43-44
    3.2.3 介孔材料 SBA-15 的胺基官能化  44
    3.2.4 介孔 SBA-15/超支化聚砜胺杂化体的制备  44
  3.3 测试表征方法  44-45
  3.4 结果与讨论  45-57
    3.4.1 XRD 结果分析  45-47
    3.4.2 N_2吸附测试结果分析  47-49
    3.4.3 SEM 及TEM结果分析  49-51
    3.4.4 FTIR 测试结果分析  51-52
    3.4.5 TGA 测试结果分析  52-54
    3.4.6 元素分析测试结果  54
    3.4.7 核磁共振测试结果分析  54-57
  3.5 本章小结  57-59
第四章介孔SBA-15/超支化聚砜胺杂化体对染料的吸附性能研究  59-79
  4.1 引言  59-62
    4.1.1 印染行业污水处理方法  59-61
    4.1.2 介孔 SBA-15/超支化聚砜胺杂化体在印染废水处理中的应用可行性  61-62
  4.2 介孔SBA-15/超支化聚砜胺杂化体对酸性染料的吸附过程  62-63
    4.2.1 实验仪器及用品  62
    4.2.2 实验药品  62-63
    4.2.3 实验步骤  63
  4.3 结果与讨论  63-78
    4.3.1 标准工作曲线的确定  63-65
    4.3.2 介孔 SBA-15/超支化聚砜胺杂化体对山德兰红染料的吸附性能  65-71
    4.3.3 吸附等温线模型  71-74
    4.3.4 吸附动力学研究  74-78
  4.4 本章小结  78-79
第五章全文总结及展望  79-81
  5.1 本课题的研究成果及结论  79-80
  5.2 本课题的后续研究及展望  80-81
参考文献  81-87
攻读研究生阶段发表学术论文及科研成果  87-89
致谢  89

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