新型多孔材料的设计合成及油气吸附应用

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1、学号：12102615常州大学硕士学位论文新型多孔材料的设计合成及油气吸附应用研究生戎霄陈若愚教授指导教师王红宁博士学科、专业名称化学工艺研究方向无机功能材料2015年3月SynthesisofPorousSiliceousMaterialsandItsApplicationinOilVaporAdsorptionADissertationSubmittedtoChangzhouUniversityByRongXiao(ChemicalTechnology)March,2015常州大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是

2、本人在导师指导下独立进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中以明确方式标明。本人已完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权的说明本学位论文作者完全了解常州大学有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属常州大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以

3、采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。学位论文作者签名：签字日期：年月日导师签名：签字日期：年月日中文摘要本文成功制备出不同形貌结构及孔径大小的二氧化硅多孔材料，并考察了其在油气吸附上的应用。文中将详细介绍大孔囊泡状二氧化硅材料，二维六方介孔材料及空心介孔材料，和由聚合电解质控制合成的不同孔径、不同壁厚大小的二氧化硅空心球微粒的合成过程。通过透射电子显微镜（TransmissionElectronMicr

4、oscope，TEM）、N2吸/脱附、傅立叶转换红外线光谱（FTIR）等测试手段对样品结构、形貌进行表征。并考察和比较不同吸附剂的静、动态吸附性能，研究了所合成的材料在油气吸附领域的应用。研究内容如下：1.以非离子表面活性剂P123(EO20PO70EO20)为模板剂，正硅酸四甲酯为硅源，在近中性的体系中，在无扩孔剂的情况下，以协同囊泡模板为理论基础成功制备出大孔容，高比表面积的新型二氧化硅囊泡材料。在合成过程中改变无机盐种类及浓度。分别选择并考察了硝酸钠，无水硫酸钠，氯化钠三种无机盐对大孔囊泡状二氧化硅材料孔径分布、壁厚大小以及对油

5、气吸附容量的影响。随着溶液离子强度的增大，样品的结构从最初破裂现象和管结构并存转化成有序大孔多层囊泡。而当无机盐浓度过高时均会造成严重的团聚现象。这说明阴离子的加入会决定合成材料的最终结构。与NaNO3系列样品相比，添加Na2SO4，NaCl无机盐合成的样品均存在吸附不稳定且容量较低的问题。但是与商业化AC和SG相比还是具有优势。综上所述，囊泡状氧化硅材料是优良的吸附材料。2.以正硅酸四乙酯（TEOS）为硅源，在酸性条件下，以P123非离子表面活性剂为模板，通过溶胶-凝胶法制得有序介孔材料SBA-15。此外使用F108表面活性剂为模板

6、剂，添加扩孔剂1,3,5-三甲苯（TMB），以正TEOS为硅源前驱体，二甲基二甲氧基硅烷（DMDMS）为阻聚剂，同样在溶胶-凝胶法下成功的合成具有纳米空心结构的二氧化硅小球。通过乙醇萃取及焙烧的方式对合成的介孔材料进行表面活性剂的脱除。焙烧温o度分别为350、450、550、650C。研究并考察了原始材料及脱除表面活性剂材料的结构形貌、油气吸附容量及动态吸附性能的差异。实验表明介孔材料SBA-15及HSSs的静态吸附容量和稳定性都要远大于商业化AC和SG。并且具有高吸附容量和稳定的重复性。在动态吸附实验中，综合考虑穿透时间，平衡吸附容

7、量和稳定性，SBA-15-350和HSSs-350I表现出更好的动态吸附性能。3.在室温下，由聚合电解质调控孔径制备得二氧化硅空心球。考察了聚合电解质PAA、TEOS浓度及溶剂种类对原样品孔径、壁厚的影响。制得的空心球单分散性较好,粒径在25nm至100nm范围内可调。并研究其对油气吸附的应用。除此以外还考察了不同方式除去聚集体对样品油气吸附性能的影响。通过水洗虽然能除去空心球内部胶体，但是正己烷和汽油的吸附容量最低。选择高温焙烧方法除去聚集体时，样品P3的正己烷及汽油吸附容量最高分别为0.611g/g和0.460g/g，明显优于商业

8、化AC和SG。关键词：氧化硅多孔材料；油气吸附剂；静态/动态吸附；解吸效率IIABSTRACTInthispaper,poroussilicamaterialswithdifferentmorphologiespores