桥联倍半硅氧烷杂化大孔材料的制备及其孔壁巯基改性研究

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1、摘要摘要以TEOS、自制桥联聚倍半硅氧烷单体（Q系列）为前驱物，经溶胶－凝胶（Sol-Gel）反应，分别通过致孔剂法与3DOM胶晶模板法，常压制备了大孔干凝胶材料。考察了不同前驱物、不同反应条件参数（加水量、催化剂）对溶胶－凝胶反应过程的影响，确定了适宜的工艺条件；并联用化学干燥控制添加剂（DCCAs）法与溶剂置换法，减小常压条件下醇凝胶干燥过程中的龟裂；考察了添加不同致孔剂对大孔干凝胶材料孔结构的影响；并对3DOM胶晶模板法中影响大孔干凝胶材料孔结构的因素进行了讨论。同时在自制桥联聚倍半硅氧烷单

2、体的基础上，对其进行巯基接枝改性，经由胶晶模板法，制备了3DOM孔壁巯基改性的杂化大孔材料，并对其在重金属离子吸附方面的应用做了初步研究。对自制桥联聚倍半硅氧烷单体及其改性产物进行了FT-IR分析；对胶晶模板,以激光粒度仪测试以无皂乳液聚合所得PS乳液中胶球的粒径尺寸及分布、以SEM观察排列好的模板中微球排列；对所得多孔材料以SEM表征其表面形貌，中微孔结构以77K下氮气吸附法测定其吸附－脱附等温线，通过BET法与BJH法计算比表面积与孔径分布，大孔结构以汞压入法测其孔径尺寸与孔隙率；使用原子吸收

3、分光光度计考察3DOM孔壁巯基改性大孔材料的吸附性能。实验结果表明：以DMF为化学干燥控制添加剂结合正己烷为置换溶剂，在常压条件下有效控制了醇凝胶干燥过程中的龟裂；按预设路线成功合成了Q系列自制桥联聚倍半硅氧烷单体。胶晶模板法可制备出孔隙结构发达、规整，孔径尺寸在大孔级别（300nm）且分布较窄的3DOM大孔材料；致孔剂法次之，但在引入自制桥联聚倍半硅氧烷单体后，所得大孔材料孔结构性能相对传统方法有显著提高，孔径尺寸50～2200nm，孔隙率70.2％，比表面积473m/g。2＋2＋2＋2＋3DO

4、M孔壁巯基改性杂化大孔材料对Pb、Cu、Cd、Hg具备较好的吸附效果，其中对汞离子的静态吸附容量为3.53mmol/g，吸附率为71.59％。关键词：大孔；杂化；桥联倍半硅氧烷；溶胶－凝胶；龟裂；接枝；吸附I摘要AbstractInthisstudy,acrack-freemacro-porousmonolithxerogelmaterialwaspreparedviaSol-Gelprocess,byambientpressuredryingandusingTEOSorbridgedsilses

5、quioxane(designedandpreparedbyourteam,called“Qseries”)asaprecursor.Thecolloidalcrystaltemplatingmethodandthepore-formingagentformationmethodwereusedtosynthesizethismaterial.Differentpreparationfactors(suchasamountofwaterandkindofcatalyst)andprecursors

6、,whicheffectSol-Gelprocess,werediscussedandoptimizedcompletely.Bothdryingcontrolchemicaladditivesandexchangingsolventwereusedtoreducethecrackinambientpressuredryingprocessofalcogel.Wediscusseddifferentkindsofpore-formingagenteffectmulti-porousmaterial

7、ontheporestructuralcharacteristics.Andtherelatedfactorsofcolloidalcrystaltemplatingmethodwhichaffectthethree-dimensionalorderedmacro-porous(3DOM)materialonporestructuralcharacteristicswereresearched.Moreover,themercaptofunctionalgroupwasgraftedontothe

8、Qseries(Q-ethyleneglycol)bridgedsilsesquioxane.Thenthehole-wallmercaptomodifiedfunctionalhybrid3DOMmaterialwaspreparedwithitbycolloidalcrystaltemplatingmethod,baseonSol-Gelprocess.Meanwhile,wealsocarryoutinitialresearchonthismaterialforuseashe