NPE在有序介孔炭上的吸附行为研究

采用有序介孔硅为硬模板制备了具有不同孔径的有序介孔炭(OMCs). 氮气吸附测试表明, 有序介孔炭具有丰富的介孔表面和集中的介孔分布. 以壬基酚聚氧乙烯醚(NPE)为探针分子, 研究了大分子酚类在有序介孔炭上的吸附行为. 吸附研究表明, NPE在有序介孔炭上的吸附满足Langmuir吸附模型. 孔结构分析表明, 大于1.5 nm的孔的表面积是决定NPE吸附量的关键因素, 而有序介孔炭的最可几孔径决定吸附速率的大小. 与吸附量相比, 吸附速率更容易受环境温度的影响. 动力学研究表明, NPE在有序介孔炭上的吸附满足准二级动力学方程.     

有序介孔炭的合成及液相有机大分子吸附性能研究

分别采用有序介孔氧化硅SBA-15和NaY分子筛为硬模板合成了系列有序介孔炭OMC和微孔炭CFY. N₂静态吸附测试表明, 所合成的介孔炭具有丰富的介孔结构和集中的介孔分布. 以亚甲基蓝为探针分子, 研究其在有序介孔炭OMC和微孔炭CFY上的吸附行为. 研究结果表明, 有序介孔炭中大于3.5 nm的大介孔孔容是决定亚甲基蓝吸附容量和吸附速率的关键因素. 吸附动力学理论研究表明, 准二级动力学方程可以很好地描述亚甲基蓝分子在介孔炭上吸附动力学行为.     

磁性有序介孔炭的制备及药物吸附行为研究

采用纳米共铸法将磁性纳米粒子包埋到有序介孔炭的骨架中, 制成含有磁性纳米粒子的有序介孔炭(Fe/OMCs). 实验通过氮气吸附、扫描电镜、X射线衍射、磁性测试等手段对Fe/OMCs进行了系统的表征. 研究表明, Fe/OMCs基本保持了有序介孔结构, 磁性粒子在材料中以纳米α-Fe粒子的形式存在, 并且具有超顺磁特性. 盐酸四环素(TH)在Fe/OMCs上的吸附研究表明, Fe/OMCs的介孔表面积和介孔孔容是决定TH吸附量的关键因素. 脱附动力学研究表明, Fe/OMCs的孔尺寸是影响脱附速率的关键因素, 孔径越大, TH的脱附速率就越大.     

孔径渐变的有序介孔炭的合成及电化学应用

以SBA-15为模板,硼酸为孔道扩张剂,蔗糖为碳源制备了一系列孔径渐变的有序硼杂介孔炭材料,并研究了其电化学电容性能。氮气静态吸附测试表明,当硼酸物质的量分数从0%增大到75%时,介孔炭的孔径从3.3nm增大至8.1nm,并保持有序的介孔结构。电化学测试表明,在KOH电解液中,硼杂介孔炭比电容明显高于未掺杂硼有序介孔炭,孔道有序性和孔径大小共同影响了炭材料的电容性能。当硼酸物质的量分数为50%时,炭材料的比电容性能最优。     

新型功能介孔吸附剂NiNb_2O_6的合成及其吸附性能研究

通过柠檬酸溶胶-凝胶反应,合成了新型功能介孔NiNb2O6吸附剂,通过X-射线粉末衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)和比表面积及孔径分析(BET)对其结构进行表征。通过影响因素实验、吸附动力学实验和等温吸附实验,探讨了NiNb2O6吸附剂对水溶液中亚甲基蓝的吸附性能和机理。结果表明,NiNb2O6介孔吸附剂具有正交相晶体结构,平均粒径为30~200nm,比表面积为66.3m2/g。吸附剂用量、温度和pH值均对吸附行为有一定的影响;在35℃时,亚甲基蓝在吸附剂上吸附行为符合Langmuir方程,吸附动力学符合拟二级动力学方程,初始浓度为40mg/L,pH值为7.03时,0.2g介孔吸附剂NiNb2O6对亚甲基蓝的吸附量最大,吸附过程中液膜扩散为主要速率控制步骤。     

热解条件对氮杂有序介孔炭材料电催化性能的影响

氧还原反应是燃料电池及金属空气电池中极其重要的电化学反应之一,贵金属铂基催化剂被认为是最有效的氧还原反应电催化剂.然而,贵金属铂的资源稀缺以及高成本问题阻碍了相关技术的大规模应用,探索发展廉价高效的贵金属替代型催化剂是推动燃料电池发展的根本解决方案.近年来,人们在非贵金属催化剂开发方面取得了显著进展,其中新型纳米结构掺杂炭材料研究尤为活跃.氮杂有序介孔炭材料由于其高比表面积和独特的孔结构,在燃料电池技术上具有广泛的应用前景.在氮杂有序介孔炭材料的制备过程中,热解条件对炭材料组成、结构及电催化性能有着重要影响.然而,目前尚未见对氮杂炭材料制备过程中热解条件的影响进行系统研究.
　　本文采用我们发展的蒸汽化-毛细管冷凝法,以SBA-15为硬模板浸渍前驱体吡咯,制备出具有高比表面积和独特孔结构的氮杂有序介孔炭材料,系统研究了热解条件(包括热解温度、热解时间和升温速率)对炭材料组成、结构及电催化性能的影响,采用N2吸附-脱附等温线、X射线光电子能谱(XPS)及Raman光谱等方法考察了氮杂有序介孔炭材料的结构和组成,采用循环伏安法与旋转环盘电极研究了其电化学行为与氧还原反应电催化活性及选择性.
　　N2吸附-脱附等温线显示,氮杂炭材料对应IV型吸附-脱附等温线,孔径主要分布在2–10 nm,表明所制材料具有介孔结构.随着热处理温度升高,氮杂有序介孔炭材料比表面积先增加而后降低,热处理时间的延长有利于比表面积增大,但升温速率对所制炭材料比表面积没有明显影响,当升温速率为30 oC/min,900 oC焙烧3 h时,氮杂有序介孔炭材料的比表面积达到最大值888 m2/g. XPS测试结果表明,随着热处理温度升高,氮杂有序介孔炭材料中含氮基团的分解进一步加深,使N含量逐渐降低.延长热处理时间亦然,而升温速率的改变对N含量无明显影响.在热处理温度较低时(600 oC),所得材料中N主要以吡咯氮和吡啶氮的形式存在;当温度达到800 oC以上,吡咯氮转化为吡啶氮和骨架氮,且主要以骨架氮形式存在,说明氮杂有序介孔炭材料的石墨化程度逐渐升高. Raman光谱结果显示,随着热处理温度升高, ID/IG逐渐降低,进一步印证了温度对石墨化程度的影响.
　　电化学测试结果表明,随着热处理温度升高,氮杂有序介孔炭材料的氧还原反应电催化活性逐渐升高,但是当热处理温度从900 oC升至1000 oC时,氧还原反应活性增加很小;升温速率与热处理时间对氧还原反应电催化活性的影响均不明显.与商品Pt/C催化剂相比,900 oC以上所制催化剂均表现出更优异的氧还原电催化活性与选择性.由此可见,热处理温度是决定碳源热化学行为的关键因素,进而决定炭材料表面组成与结构.电化学研究结果表明,800 oC以上进行热处理碳化,所生成石墨化微晶可有效促进电子传递,降低欧姆极化损失,同时,较高的处理温度可促进骨架氮掺杂,从而构建出高效氧还原反应活性位点.因此,氮杂型炭催化剂的组成、结构与电化学性能更多地受控于热处理过程中的热力学,而非热解动力学过程.     

磁性有序介孔炭的合成及新应用

有序介孔炭作为一类崭新的功能材料,因具有高比表面积、孔径分布集中、孔径结构可调、大孔容、高度热稳定性和机械稳定性等优异特性而备受瞩目,广泛应用于水体净化、催化及光、电、磁等领域。其极佳的生物相容性使其在药物负载领域有巨大的潜在应用价值。根据磁性有序介孔炭材料的最新研究动态和应用研究热点,本文综述了磁性有序介孔炭合成作用机理、药物负载效率和介孔结构(如比表面、孔容、孔径分布)制约因素。讨论分析了各种合成方法的优劣和孔结构参数制约载药量的研究瓶颈。并着重对磁性有序介孔炭在医药领域的新应用进行了阐述和评价。旨在为探讨磁性有序介孔炭在优化合成工艺技术参数、提高药物负载量和靶向释药应用趋势方面提供理论导向。     

有序介孔二氧化硅对正丁醛的吸附性能

合成了一系列具有不同孔结构与性质的有序介孔二氧化硅材料SBA-15、MCM-41、SBA-16、KIT-6, 同时通过改变水热温度制备了不同孔径大小的SBA-15, 并利用小角X射线散射、透射电镜、扫描电镜和氮气吸附-脱附等手段, 对其介孔结构进行了表征. 以正丁醛为探针分子, 考察了其对有机醛的吸附, 并与Y-沸石的吸附性能做了对比. 结果表明, 材料的介孔比表面积与其对正丁醛的吸附量成正比, 吸附等温线符合Langmuir 模型, 属于单层吸附, 具有最大介孔比表面积的MCM-41对正丁醛的吸附量最大(484 mg·g^-1). 最后将SBA-15添加到卷烟滤嘴中, 实验结果表明, SBA-15能显著降低卷烟烟气中巴豆醛的释放量.     

功能化有序介孔碳对重金属离子Cu(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)的选择性吸附行为

以三嵌段共聚物F127为模板剂,酚醛树脂为碳源,正硅酸乙酯为硅源,三组分共组装合成介孔碳-氧化硅纳米复合物,再经HF去除氧化硅,得到有序介孔碳(OMC).X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、低温N2吸脱附(BET)等测试表明,所得样品具有高度有序的介孔结构,比表面积和孔容分别为1330m2·g-1和2.13cm3·g-1,平均孔径6.4nm.对其先氧化、后氯化、再胺化,得到不同胺基接枝量的胺化介孔碳(C-NH2(m),m为加入的乙二胺的质量(g)).傅里叶变换红外(FT-IR)光谱表征结果证实,胺基官能团成功接枝到有序介孔碳表面.TEM测试表明介孔碳的有序孔道结构得到了较好的保持.以有序介孔碳、胺化介孔碳作吸附剂对Cu(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)进行选择性吸附研究.结果表明:功能化修饰前,样品对Cu(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)饱和吸附量分别为213.33、241.55mg·g-1;修饰后饱和吸附量可分别达到495.05、68.21mg·g-1.功能化介孔碳表现了较强的选择性吸附Cu(Ⅱ)的能力.     

介孔TiO2对溶菌酶吸附的动力学和热力学

773.15 K下焙烧二钛酸(H₂Ti₂0₅)制备了介孔结构TiO₂。采用比表面分析仪(BET)、扫描电镜(SEM)、拉曼(Raman)光谱和X射线衍射(XRD)仪进行表征研究了介孔TiO₂对溶菌酶的吸附行为和机理。结果表明,该吸附过程较好地满足Langmuir吸附模型;随着溶液pH值的增高,溶菌酶在介孔TiO₂上的吸附量先增大后减小。在pH = 7.2时,达到最大吸附容量72.5 mg·g^-1。该介孔TiO₂对溶菌酶具有良好的吸附稳定性,经过5次循环后吸附的溶菌酶残余量仍有81.6%。动力学研究表明,介孔TiO₂与溶菌酶间的吸附满足准二级动力学模型,吸附传质过程由膜扩散和粒内扩散共同影响与控制。对热力学参数的计算发现,该过程ΔG⁰ < 0, ΔH⁰ > 0, ΔS⁰ > 0,表明介孔TiO₂对溶菌酶的吸附是一个自发的、吸热的熵增过程。     

Aqueous dye adsorption on ordered mesoporous carbons

Ordered mesoporous carbons (OMCs) with varying pore size, and microporous carbon, CFY, were synthesized using ordered mesoporous silica SBA-15 and NaY zeolite as hard templates, respectively. N(2) adsorption tests show that the synthesized OMCs possess abundant mesopores and centralized mesopore distribution. Methylene blue (MB) and neutral red (NR) were used as probe molecules to investigate their adsorption behaviors on OMCs and CFY. As evidenced by adsorption tests, the volume of mesopores of which the pore size is larger than 3.5 nm is a crucial factor for the adsorption capacity and adsorption rate of MB on OMCs. However, the most probable pore diameter of OMCs was found to be vital to the adsorption capacity and adsorption rate of NR. Theoretical studies show that the adsorption kinetics of MB and NR on OMCs can be well depicted by using pseudo-second-order kinetic model.     

Adsorption of bulky molecules of nonylphenol ethoxylate on ordered mesoporous carbons

Ordered mesoporous carbons (OMCs) with varying pore sizes were prepared using ordered mesoporous silica SBA-15 as hard templates. The OMCs possess abundant mesopores with narrow pore size distribution, on which the adsorption behavior of bulky molecules of nonylphenol ethoxylate (NPE) were investigated. The isotherms of NPE on OMCs can be fitted by Langmuir adsorption model, evidenced by the adsorption data. The surface area of the pores larger than 1.5 nm is a crucial factor to the adsorption capacity of NPE, whereas the most probable pore diameter of OMCs is crucial to the adsorption rate of NPE. The adsorption temperature has more significant effects on adsorption rate than the adsorption capacity. Theoretical studies show that the adsorption kinetics of NPE on OMCs can be depicted with the pseudo-second-order kinetic model. In addition, thermodynamic parameters of adsorption were evaluated based on the equilibrium constants related to the equilibrium of adsorption at different temperatures.     

功能化有序介孔碳对重金属离子Cu(II)、Cr(VI)的选择性吸附行为

以三嵌段共聚物F127为模板剂, 酚醛树脂为碳源, 正硅酸乙酯为硅源, 三组分共组装合成介孔碳?氧化 硅纳米复合物, 再经HF去除氧化硅, 得到有序介孔碳(OMC). X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、低温 N2吸脱附(BET)等测试表明, 所得样品具有高度有序的介孔结构, 比表面积和孔容分别为1330 m²·g^-1和2.13 cm³·g^-1, 平均孔径6.4 nm. 对其先氧化、后氯化、再胺化, 得到不同胺基接枝量的胺化介孔碳(C-NH₂(m), m为加入的乙二胺的质量(g)). 傅里叶变换红外(FT-IR)光谱表征结果证实, 胺基官能团成功接枝到有序介孔碳表面.TEM测试表明介孔碳的有序孔道结构得到了较好的保持. 以有序介孔碳、胺化介孔碳作吸附剂对Cu(II)、Cr(VI)进行选择性吸附研究. 结果表明: 功能化修饰前, 样品对Cu(II)、Cr(VI)饱和吸附量分别为213.33、241.55 mg·g^-1; 修饰后饱和吸附量可分别达到495.05、68.21 mg·g^-1. 功能化介孔碳表现了较强的选择性吸附Cu(II)的能力.     

Adsorption of aqueous alkylphenol ethoxylate surfactants by mesoporous carbon CMK-3

Mesoporous carbon, CMK-3, was prepared using hexagonal SBA-15 mesoporous silica as the template and the adsorption of nonylphenol ethoxylates (NPE) onto CMK-3 was investigated. The adsorption process was well described using pseudo-second-order kinetics. At initial NPE concentrations of 107 and 530 mg l(-1), the adsorption rate constants were found to be 5.6 x 10(-3) and 8.7 x 10(-4) g mg(-1) min(-1), indicating that a higher initial concentration or adsorption amount resulted in a lower adsorption rate. NPE adsorption onto CMK-3 fitted a Langmuir-Freundlich model and the maximum amounts of NPE absorbed at 15, 25, and 35 degrees C were 923, 720, and 463 mg g(-1), suggesting an elevated adsorption capacity of CMK-3 for NPE with decreased adsorption temperature. In addition, increasing adsorption temperature led to the change of the adsorption model from the Langmuir-Freundlich to the Langmuir model. N2 adsorption results showed that the adsorption of NPE led to a decrease in the mesopore volume of CMK-3. However, the pore width of NPE-loaded CMK-3 was found to be identical to that of CMK-3.     

有序介孔碳的微波快速合成和表面修饰及其负载性能

以低聚合度酚醛树脂为碳源、三嵌段共聚物F127(Mw=12600,PEO106PPO70PEO106)为模板导向剂,以微波辐照替代传统的烘箱热聚合,在常见功率下(400～800W)快速(15～60min)聚合,并高温碳化获得介孔碳。XRD、TEM、低温N2吸脱附等测试表明所得样品具有高度有序的介孔结构,比表面积和孔容分别可达614m2·g-1和0.47cm3·g-1。合成的介孔碳经NaBH4和胶体钯溶液两步修饰处理,表面被活化并沉积了Pd颗粒,导电性和亲水性均得到改善,载Pt的量和分散性明显提高,Pt/C催化剂的电化学活性面积由4m2·g-1增加到29m2·g-1。     

介孔碳-镍复合物对甲基橙的吸附性能研究

以三嵌段共聚物(F127)作为表面活性剂,低分子量酚醛树脂和六水合硝酸镍分别作为碳源和镍源,利用挥发诱导自组装方法制备了有序介孔碳-镍纳米复合物;采用X射线衍射仪和透射电子显微镜分析了复合物的相组成和微结构;测定了样品的氮气吸脱附特性和对甲基橙的吸附性能,采用二级动力学方程和吸附等温线对吸附结果进行了拟合.结果表明,镍纳米微粒的平均粒径约为20nm;当纳米镍的负载量为2%时,复合物样品具有很高的Brunauer-Emmett-Teller(BET)比表面积(1 610m2/g)和较大的孔容(1.29cm3/g).与此同时,复合物样品的氮气吸脱附特性与二级动力学方程拟合结果具有很好的相关性,吸附量高达324mg/g;吸附等温线拟合结果表明,样品对甲基橙的吸附过程为单分子层吸附,与Langmuir吸附等温式的相关性良好.