以介孔氧化硅薄膜为模板电沉积合成新型纳米结构

首次以不同孔道结构的介孔氧化硅薄膜为模板,采用电化学沉积的方法,合成了金属铜和半导体氧化锌的纳米材料,并对其结构进行了表征．以六方孔道结构的介孔氧化硅模板获得了直径为7nm的金属铜纳米线阵列;以笼状体心立方孔道结构的模板获得了具有哑铃状形貌的铜单质纳米颗粒．对于氧化锌纳米结构,电化学沉积过程使得氧化锌完全填充氧化硅模板的孔道,分别得到了具有六方和体心立方介孔结构的Zn0/SiO2纳米复合物薄膜．     

HCl对有序介孔氧化硅结构与形貌的影响

以三嵌段共聚物P123为有机模板导向剂、正硅酸乙酯TEOS为无机硅源, 在HCl存在的强酸性环境下, 采用水热法合成了有序介孔分子筛SBA-15. 采用XRD、SEM、TEM、N2吸附-脱附等手段对产物的结构与形貌进行了分析, 考察了HCl用量对有序介孔材料结构及形貌的影响. 结果表明, 在合成有序介孔氧化硅时, HCl发挥了催化和中间离子的双重作用, 促使棒状胶束形成六方有序排列, 降低SBA-15中微孔的数量, 而且对合成有序介孔氧化硅SBA-15的形貌有显著影响. 适宜的HCl用量对形成“珍珠链状”形貌的、热稳定性优良的SBA-15介孔材料具有重要作用.     

三头季铵盐阳离子表面活性剂合成菱形十二面体介孔二氧化硅单晶

由于介孔二氧化硅单晶规整的外观形貌和有序的内部孔道结构性能, 使其在微激光器件领域具有十分重要的潜在应用. 试着用高电荷密度的阳离子三头季铵盐表面活性剂(C18-2-3-1)作模板剂, 用正硅酸四乙酯作无机前驱体, 在硫酸介质中通过调变有机-无机物种之间的协同组装作用, 成功地合成了具有简单立方相Pm3n结构的介孔二氧化硅单晶. 扫描电子显微镜(SEM)观察到这种介孔二氧化硅单晶具有菱形十二面体形貌, X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)测试结果证实这种介孔单晶属于简单立方Pm3n对称结构. 氮气吸附数据测得这种单晶具有较大的BET比表面积(550 cm2/g), 较大的孔体积(BJH 0.20 cm3/g)和孔径(BJH 2.4 nm).     

孔道三维相互连通锐钛矿TiO2-SiO2纳米复合介孔材料的制备及其高光催化活性

本文报道一种孔道三维相互连通锐钛矿TiO2-SiO2纳米复合介孔材料的制备.该介孔材料是以两维六方有序结构、直孔道、锐钛矿70TiO2-30SiO2-950纳米复合介孔材料(于950oC晶化2 h)为前驱体, NaOH为SiO2的刻蚀剂,通过“在孔壁内造孔”的方法获得.我们的策略是采用温和的造孔条件,如稀NaOH溶液,合适的温度与固/液比等.采用X射线衍射(XRD),透射电镜(TEM)和低温N2吸附等技术对样品的介孔结构进行了系统表征.结果表明,墙内孔的密度非常高,孔径均一(平均尺寸3.6 nm),且在三维网络高度连通原孔道,但介孔结构仍保持其完整性.锐钛矿纳米晶粒的结晶度和大小在墙内造孔前后基本保持不变.该材料光催化降解罗丹明B(0.303 min–1)与亚甲基蓝(0.757 min–1)的活性相当高,此活性分别是其母体材料的5.1和5.3倍,甚至是Degussa P25光催化剂的16.5和24.1倍.这充分表明三维连通孔道结构对活性的大幅提高起了关键作用.孔道三维连通式锐钛矿TiO2-SiO2纳米复合介孔材料对上述污染物展现出意想不到的高降解活性,显著高于迄今已报道的金属氧化物基介孔材料对上述污染物的降解活性.更重要的是,该光催化剂具有相当高的稳定性和重复使用性.相信,本方法将为具有超高性能的孔道三维相互连通其它金属氧化物基介孔材料的制备铺平了道路.
　　小角XRD结果表明,母体材料的孔道是两维六方有序结构,在孔壁内造孔之后,样品原有的介孔结构仍保持其规整性.宽角XRD结果显示,二氧化钛的晶相是锐钛矿,晶粒尺寸为10.8 nm.造新孔之后,锐钛矿纳米晶粒的结晶度和大小与母体样品的相比变化不大. TEM结果显示,母体样品的孔壁内没有孔.孔道是两维六方有序排列的直孔道,孔径大小均一(平均尺寸4.1 nm).高分辨透射电镜(TEM)观察揭示,锐钛矿纳米晶粒(平均大小11.3 nm)在孔壁内随机排列,并与无定形SiO2纳米颗粒相互连接,相间共存,形成类似“砖块?水泥砂浆”砌成的孔壁,这种独特的复合骨架结构赋予其很高的稳定性.当一些SiO2纳米颗粒被去除之后, TEM观察显示,孔壁内有密集分布的孔,这些孔取向随机,并在三维方向连通原孔道,但介孔骨架结构仍保持其完整性.墙内孔的大小范围很窄(3.1?4.3 nm),平均大小为3.6 nm.高分辨TEM观察显示,锐钛矿晶粒大小与母体材料内的相比基本未变.上述结果与XRD结果一致.低温N2吸附表征结果显示,母体样品内只有一种孔道,孔径为4.0 nm.去除部分SiO2后的样品内有两种孔道,孔径分别是3.4和4.1 nm.这些结果与TEM的观察吻合.罗丹明B与亚甲基蓝在造孔前后样品内扩散速率评价结果显示,其在三维连通孔道内的扩散速率很高,大约是其母体材料内的5倍以上.这表明相互连通的孔道网络结构非常有利于客体分子在其内扩散.光催化降解性能评价结果显示,罗丹明B与亚甲基蓝在相互连通孔道内降解的速率相当高,分别是其在不连通孔道内的5.1和5.3倍.这充分证明孔道三维相互连通对活性的大幅提高起了关键作用.我们对材料的稳定性和重复使用性作了评价,经过10次循环使用孔道三维相互连通锐钛矿TiO2-SiO2纳米复合介孔材料,其吸附与光催化降解罗丹明B的性能变化不大.这充分证明本文制备的孔道连通复合介孔材料的性能是相当稳定的和可重复使用的.该方法可用于制备具有超高性能的孔道三维相互连通其它金属氧化物基介孔材料,如Nb2O5, Ta2O5等.     

有机-无机杂化氧化硅基介孔材料

有机基团可以通过嫁接或共聚的方法引入到氧化硅基介孔材料的孔表面或材料的骨架中,形成表面结合型和桥键型两大类有机-无机杂化氧化硅基介孔材料.本文综述了有机-无机杂化氧化硅基介孔材料的最新研究进展,介绍了其合成方法、应用及潜在的应用领域,详细总结了目前已报道的有机-无机杂化氧化硅基介孔材料的种类,展望了桥键型有机-无机杂化氧化硅基介孔材料的发展及应用前景.     

孔道三维相互连通锐钛矿TiO_2-SiO_2纳米复合介孔材料的制备及其高光催化活性（英文）

本文报道一种孔道三维相互连通锐钛矿TiO_2-SiO_2纳米复合介孔材料的制备.该介孔材料是以两维六方有序结构、直孔道、锐钛矿70TiO_2-30SiO_2-950纳米复合介孔材料(于950oC晶化2 h)为前驱体,NaOH为SiO_2的刻蚀剂,通过"在孔壁内造孔"的方法获得.我们的策略是采用温和的造孔条件,如稀NaOH溶液,合适的温度与固/液比等.采用X射线衍射(XRD),透射电镜(TEM)和低温N_2吸附等技术对样品的介孔结构进行了系统表征.结果表明,墙内孔的密度非常高,孔径均一(平均尺寸3.6 nm),且在三维网络高度连通原孔道,但介孔结构仍保持其完整性.锐钛矿纳米晶粒的结晶度和大小在墙内造孔前后基本保持不变.该材料光催化降解罗丹明B(0.303 min~(–1))与亚甲基蓝(0.757 min~(–1))的活性相当高,此活性分别是其母体材料的5.1和5.3倍,甚至是Degussa P25光催化剂的16.5和24.1倍.这充分表明三维连通孔道结构对活性的大幅提高起了关键作用.孔道三维连通式锐钛矿TiO_2-SiO_2纳米复合介孔材料对上述污染物展现出意想不到的高降解活性,显著高于迄今已报道的金属氧化物基介孔材料对上述污染物的降解活性.更重要的是,该光催化剂具有相当高的稳定性和重复使用性.相信,本方法将为具有超高性能的孔道三维相互连通其它金属氧化物基介孔材料的制备铺平了道路.小角XRD结果表明,母体材料的孔道是两维六方有序结构,在孔壁内造孔之后,样品原有的介孔结构仍保持其规整性.宽角XRD结果显示,二氧化钛的晶相是锐钛矿,晶粒尺寸为10.8 nm.造新孔之后,锐钛矿纳米晶粒的结晶度和大小与母体样品的相比变化不大.TEM结果显示,母体样品的孔壁内没有孔.孔道是两维六方有序排列的直孔道,孔径大小均一(平均尺寸4.1 nm).高分辨透射电镜(TEM)观察揭示,锐钛矿纳米晶粒(平均大小11.3 nm)在孔壁内随机排列,并与无定形SiO_2纳米颗粒相互连接,相间共存,形成类似"砖块-水泥砂浆"砌成的孔壁,这种独特的复合骨架结构赋予其很高的稳定性.当一些SiO_2纳米颗粒被去除之后,TEM观察显示,孔壁内有密集分布的孔,这些孔取向随机,并在三维方向连通原孔道,但介孔骨架结构仍保持其完整性.墙内孔的大小范围很窄(3.1-4.3 nm),平均大小为3.6 nm.高分辨TEM观察显示,锐钛矿晶粒大小与母体材料内的相比基本未变.上述结果与XRD结果一致.低温N_2吸附表征结果显示,母体样品内只有一种孔道,孔径为4.0 nm.去除部分SiO_2后的样品内有两种孔道,孔径分别是3.4和4.1 nm.这些结果与TEM的观察吻合.罗丹明B与亚甲基蓝在造孔前后样品内扩散速率评价结果显示,其在三维连通孔道内的扩散速率很高,大约是其母体材料内的5倍以上.这表明相互连通的孔道网络结构非常有利于客体分子在其内扩散.光催化降解性能评价结果显示,罗丹明B与亚甲基蓝在相互连通孔道内降解的速率相当高,分别是其在不连通孔道内的5.1和5.3倍.这充分证明孔道三维相互连通对活性的大幅提高起了关键作用.我们对材料的稳定性和重复使用性作了评价,经过10次循环使用孔道三维相互连通锐钛矿TiO_2-SiO_2纳米复合介孔材料,其吸附与光催化降解罗丹明B的性能变化不大.这充分证明本文制备的孔道连通复合介孔材料的性能是相当稳定的和可重复使用的.该方法可用于制备具有超高性能的孔道三维相互连通其它金属氧化物基介孔材料,如Nb_2O_5,Ta_2O_5等.     

"面包圈"状高有序度大孔径介孔分子筛SBA-15的合成

介孔材料因其高度有序的大孔径、较佳的催化吸附性能、良好的电磁性质及易于剪裁而引起人们极大的兴趣[1～9].人们已相继合成了介孔氧化硅薄膜[3,10]、球[12]、空心球[4,13]和纤维[12～15]等,并设法控制中孔材料晶体外貌[3～9,15～21].最近,我们报道了利用多相组装和无机晶体(如NaCl,LiCl)作大孔结构导向剂的方法[16],合成了人造"珊瑚"状介-大孔氧化硅膜[13].Lin等[17]用共表面活性剂法在丁醇存在下合成了多组有序结构的介孔氧化硅空心球; Shio等[21]在完全溶解的硅酸钠和阳离子表面活性剂溶液中,合成了细棒状介孔氧化硅粉末.本文报道一种控制介孔材料颗粒外貌和形状的新方法,即共溶剂法,并以此法合成了高有序度、大孔径、 "面包圈"状介孔氧化硅SBA-15.这种新材料有望在微加工、催化、生物分离、电子器件的矿化、色谱载体等方面得到应用[1～9].     

复合介孔二氧化硅膜的制备及应用

复合介孔二氧化硅膜是近十年来发展起来的一种具有独特孔中孔结构的新型膜材料。该材料以多孔膜（无机多孔膜或者有机多孔膜）为硬模板,以表面活性剂为结构导向剂,通过溶胶-凝胶等方法将介孔二氧化硅材料组装在多孔膜的孔道中制备而成。由于其具有不同于传统介孔二氧化硅膜材料的一些独特结构和性能,并在分离、吸附和催化等领域具有广泛的应用前景,引起了人们广泛的关注。本文主要就复合介孔二氧化硅膜的制备方法,特别是近几年内其在纳滤、纳米材料的模板合成、酶的固定、传感器、反应器以及药物释放等方面最新的应用研究进展进行论述,同时对这类新型的复合介孔二氧化硅膜材料在合成和应用方面存在的问题进行了分析和总结,并对其发展前景作了展望。     

中空介孔二氧化硅锚固聚偕胺肟吸附Cr(Ⅵ)

以硝酸铈铵为引发剂,在自制的中空介孔二氧化硅(HMS)的空腔和通道内引发丙烯腈自由基聚合,并将其氰基偕胺肟化,用于制备具有吸附Cr(Ⅵ)的廉价有机无机复合吸附材料——中空介孔二氧化硅锚固聚偕胺肟.通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)及N_2吸附-脱附比表面分析对中空介孔二氧化硅锚固聚偕胺肟进行表征.结果表明,制备的中空微球直径约为400 nm,其壁上孔径约为11.0 nm,比表面积约为431 m~2/g,锚固聚偕胺肟后中空微球壁上孔道直径约为4.6 nm,比表面积降低为347 m~2/g.HMS锚固的聚偕胺肟对重铬酸钾溶液中铬的吸附量高达0.46 mmol/g,吸附过程中伴随化学反应,符合伪二级动力学模型,可用作废水处理中重金属离子的高效廉价吸附材料.     

中空介孔二氧化硅锚固聚偕胺肟吸附Cr(Ⅵ)

以硝酸铈铵为引发剂, 在自制的中空介孔二氧化硅(HMS)的空腔和通道内引发丙烯腈自由基聚合, 并将其氰基偕胺肟化, 用于制备具有吸附Cr(Ⅵ)的廉价有机无机复合吸附材料—中空介孔二氧化硅锚固聚偕胺肟. 通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 扫描电子显微镜(SEM)及N₂吸附-脱附比表面分析对中空介孔二氧化硅锚固聚偕胺肟进行表征. 结果表明, 制备的中空微球直径约为400 nm, 其壁上孔径约为11.0 nm, 比表面积约为431 m²/g, 锚固聚偕胺肟后中空微球壁上孔道直径约为4.6 nm, 比表面积降低为347 m²/g. HMS锚固的聚偕胺肟对重铬酸钾溶液中铬的吸附量高达0.46 mmol/g, 吸附过程中伴随化学反应, 符合伪二级动力学模型, 可用作废水处理中重金属离子的高效廉价吸附材料.     

荷电膜的膜电位研究进展

膜电位的测定是表征荷电膜的传递现象的重要参数之一。本文简要介绍了膜电位理论基础,包括T. M. S.理论和不可逆热力学理论。分别阐述了关于离子交换膜、双极膜、两性膜以及复合膜的膜电位的最新进展,并提出今后的发展方向。     

高分子纳滤膜的研究及进展

对高分子纳滤膜的发展背景以及国内外在这一领域的研究的研究进展作了详细的介绍。     

纳米复合膜在膜分离领域的研究进展

基于纳米材料的独特性质,将其引入高分子膜所制得的纳米复合滤膜有望解决目前制约膜技术发展的“上限平衡”问题。 本文综述了碳纳米管、石墨烯、SiO2、TiO2、分子筛、ZrO2以及纳米银颗粒等纳米复合膜在膜分离领域的研究进展。 这些纳米材料对于提高复合膜的机械稳定性、亲水性、选择性、渗透性及抗污染能力等有显著的效果。 此外,对纳米复合膜的发展与应用做了展望,也对其研究中存在的问题和解决方法进行了阐述。     

Preparation of Zeolite X Membranes on Porous Ceramic Substrates with Zeolite Seeds

Zeolite X membranes were investigated by in-situ hydrothermal synthesis on porous ceramic tubes precoated with zeolite X seeds or precursor amorphous aluminosilicate, and porous α-Al2O3 ceramic tubes with a pore size of 50 200 nm were employed as supports. Zeolite X crystals were synthesized by the classic method and mixed into deionized water as a slurry with a concentration of 0.2 0.5wt%, having a range of crystal sizes from 0.2 to 2μm. Crystal seeds were pressed into the pores near the inner surface of the ceramic tubes, and crystallization took place at 95℃ for 24-96 h. It was also investigated that Boehmite sol added with zeolite X seeds was precoated on ceramic supports to form a layer of γ-Al2O3 by heating, and hydrothermal crystallization could then take place to prepare the zeolite membranes on the composite ceramic tubes. The crystal species were characterized by XRD, and the morphology of the supports subjected to crystallization was characterized by SEM. The composite zeolite membranes have zeolitic top-layers with a thickness of 10-25 μm, and zeolite crystals can be intruded into pores of the supports as deeply as 100μm. The experimental results indicate that the precoating of zeolitic seeds on supports is beneficial to crystallization by shortening the synthesis time and improving the membrane strength. The resulting zeolite X membrane shows permselectivity to tri-n-butylamine((C4H9)3N) over perfluro-tributyl-amine ((C4Fg)3N), and a permeance ratio of 57 for ((C4Hg)3N to (C4F9)3N could be reached at 350℃. Permeances of BZ, EB and TIPB through the zeolite membrane were also measured and were found to slightly increase with temperature.     

Theoretical analysis of the performance of composite membrane consisting of the catalytic and nanofiltration layers

A model of the composite membrane consisting of the catalytic layer (CL) and the nanofiltration layer (NFL) is presented. It has been found that applying NFL on the permeate side of CL it is possible to enhance substantially the conversion of substrate into the product. The best performance is obtained for high retention of substrate and low of product. At higher values of volume flow and/or longer catalytic path the retention degree of product becomes negligible. The presence of NFL enhances the influence of distribution of the reaction rate constant, k, on the conversion ratio. Comparing to k = constant the positive effect is obtained if k increases along the catalytic pore, whereas negative—if k decreases.     

Preparation of Zeolite X Membranes on Porous Ceramic Substrates with Zeolite Seeds

Zeolite X membranes were investigated by in-situ hydrothermal synthesis on porous ceramic tubes precoated with zeolite X seeds or precursor amorphous aluminosilicate, and porous α-Al2O3 ceramic tubes with a pore size of 50-200 nm were employed as supports. Zeolite X crystals were synthesized by the classic method and mixed into deionized water as a slurry with a concentration of 0.2-0.5wt%, having a range of crystal sizes from 0.2 to 2μm. Crystal seeds were pressed into the pores near the inner surface of the ceramic tubes, and crystallization took place at 95℃ for 24-96 h. It was also investigated that Boehmite sol added with zeolite X seeds was precoated on ceramic supports to form a layer of r-Al2O3 by heating, and hydrothermal crystallization could then take place to prepare the zeolite membranes on the composite ceramic tubes. The crystal species were characterized by XRD, and the morphology of the supports subjected to crystallization was characterized by SEM. The composite zeolite membranes hav     

氯化锂为添加剂制得的疏水聚偏氟乙烯不对称微孔膜的形态结构及其膜蒸馏性能

结合膜的形态结构研究了以 LiCl为添加剂制得的疏水 PVDF膜的膜蒸馏性能。与来用水溶液高分子添加剂制得的PVDF微孔膜相比,膜蒸馏性能有了较大提高,尤其具有更高的截留率。制得的微孔膜的蒸馏通量已接近商品膜的膜蒸馏通量,表明以LiCl为添加剂制得的PVDF疏水微孔膜是一种适用于膜蒸馏的较理想的疏水微孔膜。     

透氢钯复合膜的原理、制备及表征

钯及其合金膜由于具有透氢性好和耐高温的特点,除了用作氢气分离和纯化器外,还可以用作脱氢、制氢等反应的反应器,以实现反应和分离的一体化,并提高转化率和选择性。本文综述了钯基复合膜的原理、制备及表征,并重点介绍了本研究组的光催化镀膜工艺。     

两种固定化金属螯合复合亲和膜色谱介质制备

以纤维素滤纸为基质,通过碱处理、环氧活化、偶联亚氨基二乙酸二钠、固定化Ｃｕ＾２＋后制得了大孔纤维素亲和膜。另外,在活化后的膜上通过共价交联覆盖上琼脂糖,制得了具有类似“三明治”结构且性能优于的复合亲和膜,装柱后分别制得固定化金属螯合亲和膜色谱柱。对两种亲和膜进行牛血清白蛋白等温吸附测定显示,两者的最大吸附量分别为１．１７ｍｇ／ｃｍ＾２和１．３０ｍｇ／ｃｍ＾２,与传统的琼脂糖凝胶类介质吸附量相当,表     

透氢钯复合膜的原理、制备及表征

钯及其合金膜由于具有透氢性好和耐高温的特点,除了用作氢气分离和纯化器外,还可以用作脱氢、制氢等反应的反应器,以实现反应和分离的一体化,并提高转化率和选择性。本文综述了钯基复合膜的原理、制备及表征,并重点介绍了本研究组的光催化镀膜工艺。