磁性Fe3O4@SiO2@介孔SiO2空心微球的制备及漆酶固定化

磁性介孔二氧化硅复合材料作为酶固定化载体具有优异的酶固定化性能和良好的磁分离性能,受到国内外学术界广泛关注。本文在自制的β-FeOOH空心微球表面上包覆致密的SiO₂保护层,在酸性条件下以P123为模板剂,十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为辅助导向剂成功制备出了磁性β-FeOOH@SiO₂@介孔SiO₂空心复合微球,最后在还原气氛下煅烧得到Fe₃O₄@SiO₂@介孔SiO₂空心微球。结果表明,所制备的Fe₃O₄@SiO₂@介孔SiO₂微球空心结构未坍塌,具有规整的球形结构,介孔SiO₂壳层（平均厚度约为11nm）均匀地包覆在β-FeOOH@SiO₂中空微球表面。伴随着CTAB量的增加,微球的最可几孔径由4.30nm减小到3.19nm,比表面积从376m²/g升高到640m²/g,孔容从0.36cm³/g升高到0.56cm³/g。复合微球的饱和磁化强度为11.3emu/g,矫顽力为111.5Oe,外加磁场作用下可以实现样品的快速分离,且样品的再分散性良好。当介孔孔径为4.30nm时,Fe₃O₄@SiO₂@介孔SiO₂空心复合微球漆酶固定量高达234mg/g。固定化漆酶在不同pH、温度下的活性显著优于游离酶。     

TiO2/SiO2/NiFe2O4介孔材料的制备和电磁特性

NiFe2O4纳米粒子做磁性载体,苯乙烯、正硅酸乙酯为原料,KH-570为交联剂,采用乳液聚合法制备了PS/SiO2/NiFe2O4磁性微球材料。以PS/SiO2/NiFe2O4磁性微球为核,十二烷基磺酸钠和聚乙烯吡咯烷酮作模板剂,钛酸丁酯做钛源,制备得到多层介孔复合微粒TiO2/SiO2/NiFe2O4。通过XRD、SEM对磁性复合微粒的结构进行了表征,结果表明,TiO2/SiO2/NiFe2O4是具有核壳结构的中空介孔微粒。采用矢量网络分析仪测试了NiFe2O4、SiO2/NiFe2O4、TiO2/NiFe2O4、TiO2/SiO2/NiFe2O4复合材料的微波电磁参数,SiO2、TiO2对磁性微粒的电磁参数有明显的改善,可较好的解决吸波涂层设计中的阻抗匹配问题。     

有序大孔HPW/SiO2催化剂制备及其对燃油深度脱硫性能研究

利用单分散聚苯乙烯微球(PS)、TEOS和HPW,制备出HPW负载量为20%(质量分数)的有序大孔HPW/SiO₂催化剂。该催化剂大孔规整,排列有序,孔径约340 nm,比表面积约288.1 m²·g^-1,并存在一定量烧结介孔,孔径平均为8 nm。在60℃、O/S为12、加入量为0.5 g条件下,该催化剂对模拟燃油中的有机硫表现出优异的催化氧化特性,2 h内对DBT脱硫转化率达99.3%,重复使用7次脱硫转化率仅下降3.9%。该催化剂对燃油中另外两种主要的有机硫BT、4,6-DMDBT的催化氧化效率分别为90.6%、84.4%。     

多孔Fe2O3/SiO2复合磁性微球的合成

采用分散聚合法制备了单分散脲醛树脂／Fe2O3／SiO2的复合微球,研究了不同的反应条件对于复合微球的分散状况和粒径大小的影响。该微球在马弗炉内灼烧后,脲醛树脂成分被除去,得到Fe2O3／SiO2的复合微球,其中的Fe2O3组分一部分转化为磁性γ—Fe2O3。由脲醛树脂／Fe2O3／SiO2复合微球的电镜(SEM)图、Fe2O3／SiO2复合微球的XRD衍射图得知该微球为多孔的磁性复合微球,且具有单分散性。     

多孔Fe_3O_4/C磁性复合微球的制备及其对RhB的吸附性能

以油酸同步修饰共沉淀法制备的Fe3O4为铁磁性原料,通过悬浮聚合的方法制备Fe3O4/PDVB磁性复合微球,氮气氛围下烧结最终得到了具有多孔结构的Fe3O4/C磁性复合微球。采用SEM、TGA、VSM及压汞仪等手段对复合微球的形貌、磁性能和孔性能等进行了表征。结果表明,微球平均粒径约为120μm,磁含量和最大比饱和磁化强度分别为49.29%和39.31 emu/g,平均孔径和累积比表面积分别为382.5 nm和21.41 m2/g。将制得的多孔Fe3O4/C磁性复合微球用于罗丹明B(RhB)的吸附研究,微球表现出了良好的吸附效果和重复使用性。     

以辛胺为模板剂制备空心SiO2微球

以辛胺为模板剂,正硅酸乙酯为前驱体,在酸性条件下,制备出空心SiO2微球,运用SEM、XRD、N2吸附、IR、TG-DTA等测试手段对所制备的产物进行了表征。结果表明:制备的空心SiO2微球表面光滑、分散性较好;空心SiO2微球具有双模孔结构,其中的介孔孔径为2.1nm,微孔孔径为0.62nm。试样的比表面积和孔容分别是1123m2/g,0.6291mL/g。     

酚醛树脂辅助合成SiO2/TiO2介孔复合微球及其光催化

利用Stber法合成的纳米SiO2为前体,在酚醛树脂和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)辅助下制备SiO2/TiO2介孔复合微球,并利用XRD、SEM、EDS、BET、BJH以及FTIR对材料的晶型、形貌以及结构进行了表征,以罗丹明B为目标降解物评价样品的光催化性能。结果表明,SiO2/TiO2介孔复合微球是由TiO2和SiO2组成,直径约300 nm,TiO2以纳米薄层方式均匀地沉积在SiO2表面,界面之间存在Si—O—Ti键;SiO2/TiO2介孔复合微球的比表面积为92.3 m2/g,较P25提高了约3倍。光催化评价表明,SiO2/TiO2介孔复合微球对罗丹明B的降解率达98%,较P25光催化降解率有明显提高。     

反相悬浮聚合诱导微米级多孔SiO2微球的制备

以硅溶胶为硅源,采用聚丙烯酰胺作为结构导向试剂,反相悬浮聚合法制备了介孔二氧化硅微球。控制引发剂过硫酸钾、交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰与单体丙烯酰胺的加入量,获得球形度以及分散性较佳的聚丙烯酰胺复合二氧化硅微球。焙烧去除聚丙烯酰胺模板后得到的二氧化硅微球通过光学显微镜、红外光谱FT-IR、X-射线衍射以及氮气吸附脱附等手段进行了表征,证明聚丙烯酰胺在制备中起到了良好的结构导向作用,获得的二氧化硅微球的比表面积为240m2/g,孔径均匀分布于9nm左右,孔容度为0.3cm3/g。该方法可以通过改变转速的方法控制硅球的粒径。     

单分散Fe3O4@nSiO2@mSiO2复合微球的制备及磁性的研究

以FeCl3作为铁源,乙二醇作为溶剂,采用溶剂热法合成单分散Fe3O4微球。通过调节铁源的浓度,改变Fe3O4的粒径(250～1 000 nm)以及磁特性(Ms:51.0～83.1 emu/g;Hc:82.2～165.6 Oe)。并采用改进的Stber法在Fe3O4微球表面包覆不同厚度的SiO2(35～150 nm),以进行其表面的修饰。,对Fe3O4@nSiO2@mSiO2微球的表面进行聚乙烯亚胺修饰以改善其亲水性和表面偶联性。寻找合适于生物细胞载体的磁珠的制备工艺。     

单分散介孔TiO_2微球的溶胶-凝胶法制备及其光催化性能

以钦酸异丙醋为钦源,利用三嵌段共聚物EO_(106)PO_(70)EO_(106)(F127)修饰的溶胶-凝胶法合成单分散介孔TiO_2微球。利用小角和广角X射线衍射、N_2吸附-脱附、透射电镜、场发射扫描电镜、紫外-可见光漫反射技术对样品进行表征。以亚甲基蓝(MB)为目标降解物,在紫外光照射下,评价介孔TiO_2微球的光催化性能。结果表明:F127加入量为14%,450℃热处理制得的单分散介孔微球由锐钛矿TiO_2纳米颗粒(10 nm)聚积而成,介孔孔道均匀有序,比表面积为158.2m~2/g,孔容为0.361 cm~3/g,最可几孔径为9.6 nm。单分散介孔TiO_2微球的活性优于P25,光催化反应3 min时对MB溶液的降解率达100%。     

磁性介孔炭合成及其氨化改性

以糠醇为炭源,Fe(NO3)2·9H2O为磁性前躯体,SiO2微球为模板采用一步浸渍法合成了磁性介孔炭,并用化学方法将含胺基官能团嫁接于磁性介孔炭的表面。利用扫描电子显微镜(SEM),红外光谱(FT-IR)和氮气吸-脱附(BET)对经乙二胺表面改性后氨化磁性介孔炭进行表征。结果表明:所合成的氨化磁性介孔炭比表面积为384 m2/g,平均孔容积为0.7 cm3/g,并具有双介孔微球结构。     

水玻璃为源的超疏水型SiO2气凝胶块体制备与表征

采用廉价的水玻璃为硅源,通过乙醇溶剂替换及六甲基二硅醚和盐酸混合液对湿凝胶的表面基团改性,常压干燥出疏水介孔的SiO2气凝胶块体。制得的SiO2气凝胶块体具有超疏水性,在0～400℃附近,疏水角约155°～130°,其密度为80～200 mg/cm3,比表面积为568 m2/g,孔体积为2.9cm3/g,其室温下的热导率为0.026W/（m K）。     

多次疏水改性SiO_2气凝胶的制备及其性能表征

以正硅酸乙酯(TEOS)和甲基三乙氧基硅烷(MTOS)为共聚硅源,加入N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为化学干燥控制添加剂,三甲基氯硅烷(TMCS)和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)为原位疏水改性剂,通过溶胶-凝胶法,常压干燥制备出低密度的疏水SiO2气凝胶。用扫描电子显微镜(SEM)、N2-吸附仪、傅里叶变换红外分析(FT-IR)、X射线衍射、热分析仪对其结构和性能进行表征。结果表明:所制备出的SiO2气凝胶比表面积高达870.99 m2/g、孔体积为1.74 cm3/g,密度为0.244 g/cm3,气孔率为88.9%,可在430℃下保持疏水性,孔径分布集中在11 nm,为典型的中孔纳米材料。     

整体型大孔/介孔PDA/SiO2复合材料固定化漆酶及其在染料降解中的应用

用硬模板法制得具有三维连续贯通孔道结构的整体型大孔/介孔SiO₂，通过多巴胺（DA）在大孔/介孔SiO₂孔道表面的原位氧化聚合，制得聚多巴胺（PDA）功能化修饰的整体型大孔/介孔复合材料（PDA/SiO₂）。应用SEM、BET、FTIR和TG等技术对修饰前后的材料进行表征。以PDA/SiO₂为载体固定诺维信工业级漆酶，系统研究了pH、固定化时间、漆酶初始浓度及温度对漆酶固定化的影响；以偶氮荧光桃红作为模拟污染物，研究了固定化漆酶对染料的催化降解性能。结果显示，在漆酶浓度为80mg/mL、pH为4.0、固定化时间为6h及固定化温度为25℃时，固定化漆酶酶活达到最高（348.9U/g）。在偶氮荧光桃红浓度为10mg/L、pH为7.0、温度为30℃、降解时间为8h时，固定化漆酶对偶氮荧光桃红脱色率 ≥ 99.9%，且固定化漆酶易从反应体系中分离，重复使用性能良好。     

纳米介孔SiO2气凝胶的常压干燥制备及表征

以工业水玻璃为硅源,分别用二甲基氯硅烷[（CH3）3SiCl,TMCS]／六甲基二硅醚[（CH3）3Si—OSi（CH3）3,HMDSO]和乙醇（CHaCH20H,EtOH）／TMCS／庚烷（C7H16）溶液对SiO2水凝胶进行溶剂交换和表面改性处理。通过TMCS与水凝胶中孔隙水和表面—OH基团之间的反应,使对水凝胶的溶剂交换和表面改性在一步同时完成,在常压干燥条件下合成了SiO2气凝胶。利用电子显微镜和Brunauer—Emmett—Teller法对气凝胶的微观结构和形貌进行了研究。结果表明：用EtOH／TMCS／C,H16和TMCS／HMDSO溶液均可获得具有海绵状结构的纳米介孔SiO2气凝胶;而用EtOH／TMCS／C7H16溶液对水凝胶进行改性处理更有利于获得均匀的大块气凝胶。所得SiO2气凝胶比表面积约为559～685m^2／g,密度为0．128～0．141g／cm^3。Fourier转换红外光谱分析表明：凝胶表面—OH基团已被改性为—O—SiCH3,表面呈现出明显的疏水性。     

PICA法合成介孔二氧化硅研究

以硅酸钠为硅源,在酸性条件下,通过尿素和甲醛的缩聚反应,用诱导聚合胶体团聚法(PICA)制备出单分散脲醛/SiO2复合微球,并经高温煅烧制得介孔二氯化硅。通过X射线衍射(XRD)、氮气脱吸附、透射电镜(TEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)等手段对介孔二氧化硅进行了表征。结果表明,通过PICA法制得的介孔二氧化硅有序性好,孔径较大、孔壁较厚、孔径分布均匀。     

三维有序介孔和大孔过渡金属氧化物的硬模板制备及催化应用

总结了课题组以硬模板法制备三维有序介孔Cr2O3(3DOMeso-Cr2O3)、Co3O4(3DOMeso-Co3O4)、MnO2(3DOMeso-MnO2)、Fe2O3(3DOMeso-Fe2O3)和三维有序大孔Fe2O3(3DOMacro-Fe2O3)及其催化氧化挥发性有机物的研究进展。以三维有序介孔二氧化硅KIT-6为硬模板,可制备出3DOMeso-Cr2O3-1、3DOMeso-Cr2O3-2、3DOMeso-Co3O4-1和3DOMeso-Fe2O3,比表面积分别为106、124、121、113 m2/g;以三维有序介孔二氧化硅SBA-16为硬模板,可制备出3DOMeso-Co3O4-2、3DOMeso-Co3O4-3和3DOMeso-MnO2,比表面积分别为118、313、266 m2/g;以规整排列的聚甲基丙烯酸甲酯微球为硬模板,可获得3DOMacro-Fe2O3,比表面积为42 m2/g。这些三维有序介孔或大孔结构的过渡金属氧化物对典型挥发性有机物(甲苯、甲醛、甲醇、丙酮和乙酸乙酯)氧化反应显示出优异的催化性能。     

CuO/SiO_2-Al_2O_3/堇青石催化剂选择性还原NO_X性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了不同硅铝配比的CuO/SiO2-Al2O3/堇青石催化剂,通过XRD、BET、XPS等手段对催化剂进行表征,对尿素选择性还原氮氧化物(SCR)的行为进行了研究。结果表明,500℃焙烧后的复合涂层,随着SiO2含量的增加,其物相组成从单纯γ-Al2O3演化为无定形态SiO2与γ-Al2O3晶相共存,比表面积从47.30 m2/g增大到70.25 m2/g。150~400℃范围内的活性测试表明,当温度为250℃,SiO2/Al2O3比为1∶2时,催化剂活性最大为67.0%。