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有机官能化有序介孔氧化硅材料表面改性后,因其无机骨架的机械性能和修饰有机基团的化学活性,所以受到很大关注,并在吸附、分离、催化等诸多领域具有潜在的应用价值。本论文以三嵌段共聚物P123为模板剂,在酸性条件下通过BTESE与有机硅烷(UPTES、TFPTMS)共水解缩聚获得脲丙基、三氟丙基对骨架桥联乙基的PMOs孔道的修饰,并应用XRD、TEM、FT-IR、固体核磁共振、N2吸附-脱附、元素分析、热重等现方法表征有机基团修饰孔表面效果、合成条件对介孔有序性、孔结构的影响及修饰后材料性能的变化。
脲丙基、三氟丙基以共价键方式修饰到PMOs孔道表面,骨架内桥联基团未发生断裂。随着摩尔含量的增加,有序性在脲丙基添加量在0~20%时增加,而在20%以上时却降低。在修饰UPTES20%时PMOs为高度有序的2DP6mm六方结构。随着脲丙基添加量的增加,比表面积减小,孔容减小,孔径增大,并且在添加脲丙基20%时出现双孔分布。修饰脲丙基后,PMOs表现出良好的孔结构,如UPTES摩尔含量为20%时,孔径7.52nm,比表面积564.87m2g-1,孔容1.06cm3g-1。同时脲丙基的修饰引起PMOs热稳定性变差。
三氟丙基官能化PMOs时,合成条件对材料介观有序度、孔结构有着很大影响。加长晶化时间有利于比表面积、孔容、孔径的增大,合适的晶化时间有利于介观有序结构的生成。预水间隔解时间有利于孔结构的生成但对介观有序度不利。添加TFPTMS摩尔浓度20%时材料仍保持介观结构,孔径分布狭窄4.1nm,高比表面积834.1m2g-1,孔容0.91cm3g-1,与纯PMOs相比没有太大变化。但是随着添加浓度的提高,PMOs有序度明显下降。同时三氟丙基的修饰引起PMOs疏水性能的提高。
表面分形性常用于分析有机官能团在孔表面的分布情况。采用FHH模型分析脲丙基、三氟丙基修饰的PMOs材料,发现随着脲丙基、三氟丙基添加量的增加,PMOs分形维数降低,但减小量不大,孔表面粗糙度稍微降低。