功能化中空多孔纳米球的合成及在吸附、温控催化方面的研究

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chenqiang_11
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近年来,有机多孔材料以其独特的优势,受到化学和材料界的热议。与其他一些无机多孔复合材料相比,其独特之处在于它们具有高度的化学和热稳定性、良好的化学耐腐蚀性和优越的可修饰性,以及多样的孔道结构和更大的比表面积。目前得到广泛研究的有机多孔材料种类很多,其中,超交联多孔聚合物具有单体选择广泛、合成策略多、形貌可设计的优势,是新兴的一种材料,在有机物/离子吸附、负载催化、气体分离、药物运输、燃料电池等领域备受重视。目前对它的认识和研究尚不全面,例如如何特异性的吸附相关污染物,如何在催化之外增加其他自体控制方法,还有很大的应用潜力亟待发掘。本文共分为三章,第一章是绪论,主要介绍了超交联聚合物材料的分类、应用,重点讲解了超交联多孔聚合物的合成方法和功能化策略,以及重金属六价铬离子污染的处理背景和温敏性智能材料的发展情况。第二章设计合成了一种新型的六价铬离子吸附剂。本章以三嵌段聚合物聚乳酸-聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PLA-b-PS-b-PGM)为前驱体,经超交联自组装后形成PGM功能化的中空多孔纳米球(HPNs-PGM),再与乙二胺(EDA)进行开环反应进一步改性得到最终的吸附剂材料(HPNs-NH2)。通过红外、透射电镜、氮气吸脱附和元素分析等测试对HPNs-NH2进行了表征,结果表明该材料具有规整的中空球结构,比表面积为627.071 m2/g,总孔体积为1.588 cm3/g,N元素的负载量为3.239 wt%。使用该吸附剂对六价铬离子进行吸附实验。这种特殊的多级孔结构和HPNs-NH2中大量的氨基和亚氨基活性位点使材料有效提高了对Cr(VI)的捕获能力。在p H=4的溶液中,HPNs-NH2材料对Cr(VI)的最大吸附量为493 mg/g,经过8次吸附-解吸循环后,吸附量仍能保持在初始值的65%以上。这种显著的吸附能力和优异的循环稳定性使HPNs-NH2与其他多孔吸附剂相比具有很强的竞争力。这些明显的优点表明,HPNs-NH2有望在处理污水中的六价铬方面发挥巨大的潜力。第三章制备了一种新型的温敏性智能纳米响应器。本章以聚乳酸-聚苯乙烯(PLA-b-PS)为前驱体,经傅克烷基化反应后形成了中空多孔纳米球(HPNs);再利用浸渍法将金属钯纳米粒子原位还原在中空球内,得到Pd@HPNs;最后使用聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)对中空球壁外层进行改性,得到了PNIPAM改性的钯负载中空纳米球(Pd@HPNs-PNIPAM)。通过FT-IR、TGA、XRD、ICP、XPS和氮气吸脱附等测试对其结构和性能进行了表征,表明该材料为形貌规整的中空球结构,金属钯纳米粒子的负载量为3.41 wt%,PNIPAM改性后,N元素含量为7.13 wt%。利用催化还原对硝基苯酚实验对其温敏性效果进行了直观反映,发现50 oC下的反应速率是30 oC下的2.5倍;对比实验采用PNIPAM改性前的催化剂Pd@HPNs,在同样的实验条件下,30 oC下的反应速率与Pd@HPNs-PNIPAM的相同,50 oC下的反应速率是Pd@HPNs-PNIPAM的6倍,这说明PNIPAM改性后的催化剂材料具有出色的温控效果。30 oC~50 oC变温循环5次后,其催化效果维持完好,证明了其温敏的可逆性和良好的循环性。该纳米响应器实现了金属和PNIPAM的空间分离,使该催化剂的开关控制更为灵敏有效,在工业上应用在催化一些放热反应具有广阔的应用前景。
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