新型钛参杂硅胶除湿材料研究

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1、分类UDC易立群指导教师：方玉堂副研究员化工与能源学院化学工程申请学位级别：工学硕士专业名称：化学工程论文提交日期：2005．05．15论文答辩El期：2005．06．13学位授予单位和日期：华南理工大学答辩委员会主席：]挺放．丝论文评阅人：二!窆『_兰兰二量一另之磊到名至绕况．本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。储

2、虢扇参另字吼腑细／日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密矿，在L年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密口。(请在以上相应方框内打“√”)作者虢锡五群导师签名：亏趴气日期：哆f旷年莎月／彳日日期：≥—盯年参月f石日摘要本论文以陶瓷纤维纸为基材，顺次浸渍水玻璃、酸性钛盐溶液等制备了新型钛掺杂硅

3、胶吸附材料；探讨了一种成本低廉、工艺简单、对环境友好且适合于工业推广的钛掺杂硅胶制备工艺；研究不同浸渍条件对吸附材料性能的影响；采用现代测试手段对新型钛掺杂硅胶吸附材料的组成、结构进行表征，揭示材料性能与结构的相互作用关系；对钛掺杂硅胶改性机理进行初步探讨。新型钛掺杂硅胶吸附材料优化的制备工艺为：把作为基材的陶瓷纤维纸在浓度为28．0％的水玻璃中浸润后取出晾干，再在烘箱中60℃烘干2hr，浸入含硫酸氧钛30wt％、lmol／L硫酸的浸渍液中，60℃下浸渍2hr，取出用清水冲洗干净，烘干即得钛掺杂硅胶吸附材料。SEM图显示钛掺杂硅胶粒子较好的分散在陶

4、瓷纤维基材的表面与空隙中，EDS、XPS结果揭示了材料中钛元素的存在及含量，当钛掺杂量为10．5lmol％时，材料的吸附性能达到最佳；FTIR光谱中954cm。1附近的吸收峰表明Ti掺杂入硅胶后形成Si～O—Ti键；29SiMASNMR谱表明钛原子部分替代硅原子进入了硅胶骨架，但并不改变其结构，由于硅的化学环境的变化，随着钛掺杂量的增加，其Q4[si(osi)4】主峰变宽，化学位移向高场方向移动；XPS谱显示Ti进入了硅胶骨架，与二氧化钛比较，由于配体数的减少(由6配位变成4配位)，钛氧键键长缩短，Ti2p3／2结合能增加：同样，与硅胶比较，由于T

5、i的电负性小于Si，其极化作用增强，使得硅原子有效正电荷减少，氧原子负电荷增加，因而Si2p、01S结合能变化呈下降的趋势。BET分析表明：钛掺杂入硅胶后，其比表面积增加11．21％，孔容增大21．03％，因而材料的吸附性能显著增加，当钛掺杂含量为10．51m01％(byXPS)时，其饱和吸附量由硅胶的20．08％增加到26．83％，增幅达33．62％。TG／DTA显示：在150一700℃内，钛掺杂硅胶受热失重为3．551％，少于硅胶的3．733％；烧结试验结果表明：在150—450℃内，对于钛掺杂硅胶，比表面积降幅为24．68％，饱和吸附量降幅为

6、4．586％，而对于硅胶，比表面积降幅为33．69％，饱和吸附量降幅为14．19％，显然，钛离子的掺杂改善了硅胶吸附材料的耐热性能。块体吸附材料静态吸附测试表明钛掺杂硅胶的吸湿量较硅胶增加了32．49％，动态吸附测试显示：钛掺杂硅胶无论在高湿条件(RH79．3％)，还是低湿环境(RH30％)，其除湿量都明显大于硅胶。由于新型吸附材料吸附的水分较多，再生过程脱附的水分相应增加，能耗有所加大。钛掺杂硅胶的可能改性机理为：由于钛离子掺杂，生成的Ti02沉积在多孔硅胶表面，并且钛原子部分替代硅原子形成Ti—O—Si，进入硅胶网络，使得新型吸附材料的孔径(包

7、括微孔、中孔)略有减少，孔容显著增加，因而材料的比表ABSTRACT面积增大，提高了材料的吸附性能；此外，新型材料吸附性能的提高可能与由于Ti—O键的极性比Si—o键强，从而增强了多孔材料表面的酸性活性中心数目及酸性强度有关。新型吸附材料耐热性增强的可能原因为：由于钛离子掺杂，材料表面形成Ti—O—Si键，使其表面相对致密化，增强了材料孔道骨架的支撑力，同时可能与材料表面导热性能增强有关。关键词除湿，吸附材料，钛掺杂硅胶，浸渍法，吸附性能，热稳定性，改性机理华南理工大学硕士学位论文ABSTRACTInthisPaper，thenovelTi-dop

8、edsilicageladsorptivematerialswerepreparedbytreatingceramicfi