《具有梯度孔結構SiO2微球的製備與特性研究》是依託濟南大學，由劉世權擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：具有梯度孔結構SiO2微球的製備與特性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉世權
- 依託單位：濟南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
多孔微球在吸附與分離、催化劑載體、藥物控釋、構建多孔薄膜等方面有廣泛套用。項目基於功能梯度材料的概念，提出梯度孔結構SiO2微球的構想，即微球中孔的大小(或孔隙率)呈徑向梯度分布或徑向不同區間中孔的排布規律不同，微球因不同區間孔特徵不同而呈現結構層次，層間可逐漸或階梯狀過渡。以此為引導，通過（1）層層組裝或採用組分不同的溶膠在不同條件下多次噴霧乾燥包覆；（2）在微球生長過程中分段改變反應體系的組成或反應條件來調控成孔劑的狀態、矽源的水解縮聚反應及二者的自組裝等手段製備具有不同梯度孔結構的SiO2微球；通過分段取樣、解剖微球進行高分辨觀察並結合孔分析手段揭示微球的梯度孔結構；探討梯度孔結構微球在水熱穩定性、色譜分離有機混合物、布洛芬等模型物質的吸附與釋放、做為CO選擇氧化及醇重整用催化劑載體等方面不同於均勻孔微球的特殊性，研究梯度孔結構與微球性能的關聯性，為開發新型多孔微球提供理論依據。
結題摘要
在總結課題組多年合成納米孔微球的經驗及項目前期大量實驗結果的基礎上，確定項目的總體實驗路線為“核-殼”微球構建工藝，即先合成“核”微球，再通過層層包覆微結構不同的SiO2殼層，從而製備具有梯度孔結構的SiO2微球。主要實驗工作包括：（1）在氨水、有機胺為催化劑的體系中合成了粒徑大小不同的無孔、微孔、介孔SiO2微球。這些體系既可合成微球，還可用於構建SiO2殼層。（2）以SiO2微球為核，採用噴霧乾燥、溶膠-凝膠法分別進行多次包覆以製備多殼層的SiO2微球。（3）合成聚苯乙烯（PS）微球，並以PS微球及烷基三甲基溴化銨為雙模板，在EtOH : H2O : NH3 : TEOS體系中製備單一殼層及多殼層的表面活性劑-SiO2@PS複合微球；複合微球經煅燒除去模板後獲得殼層結構不同及納米孔梯度分布的中空SiO2微球。實驗研究了組成（包括PS微球用量、表面活性劑種類及用量、醇種類）及反應時間等對包覆形成中空微球的影響，並對不同情況下得到的中空微球進行了表征，探討了中空微球的形成機理。（4）對殼層及納米孔結構不同的中空SiO2微球進行了孔特性表征，指出其一般變化規律；分析了結構對梯度孔微球SiO2微球的熱穩定性的影響。（5）對殼層及納米孔結構不同的中空SiO2微球進行了染料分子、焦亞硫酸鈉、山梨酸及Cu、Ce、Fe的吸附與負載實驗，分析了微球結構及納米孔梯度分布對吸附速率及吸附量的影響，確定了納米孔梯度分布的中空SiO2微球對染料分子的吸附模型，比較了其對大小分子的吸附差異。（6）採用殼層結構不同及納米孔梯度分布的中空SiO2微球製做薄層色譜分離的層析板，對模型有機混合物進行了分離，最佳化了薄層層析的條件，分析了殼層結構及納米孔梯度分布對薄層層析的影響。主要結論：（1）增大核與構成包覆殼層的初始二氧化矽粒子的尺寸差異有利於實現殼層的包覆；（2）採用逐次包覆SiO2層，並改變每次包覆所用的成孔劑，可獲得多殼層、孔呈正負梯度分布的中空SiO2微球；（3）提出了正矽酸乙酯的水解產物SiO2納米顆粒在PS微球表面組裝的新機理，即靜電引力與斥力競爭機制，很好地解釋了中空微球的形成及球殼形貌、孔特性的差異。在此基礎上，建立了SiO2納米顆粒在PS微球表面上包覆時添加表面活性劑的判據。（4）多殼層、納米孔梯度分布的中空SiO2微球在吸附染料分子及薄層分離有機混合物時具有顯著增強的性能。
