化学论文 有序介孔材料担载纳米颗粒的合成研究
介孔二氧化硅纳米粒子的制备研究
介孔二氧化硅纳米粒子的制备研究摘要：介孔材料由于其具有较大的比表面积和吸附容量，因此在吸附、分离、催化等领域都具有广泛的应用。
该文采用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为模版，溶胶凝胶法合成了介孔二氧化硅纳米粒子，通过透射电镜（TEM）和低温氮吸附等表征方法对合成介孔二氧化硅的结构和性能进行了分析，讨论了不同四甲氧基硅烷（TMOS）、CTAB量对介孔二氧化硅纳米粒子的粒径、比表面积及孔径的影响。
关键词：介孔二氧化硅溶胶凝胶法介孔材料是多孔材料中的重要组成部分，由于具有较大的比表面积和吸附容量，因此在吸附、分离、催化等领域都具有广泛的应用。
根据微观结构的区别，介孔二氧化硅可分为两大类型：一类则是以二氧化硅干凝胶和气凝胶为代表的无序介孔固体，其中介孔的形状不规则但是相互连通。
孔形常用墨水瓶形状来近似描述，细颈处相当于不同孔之间的通道。
另一类是Back等人[1-2] 于1992年首次报道的M41S（MCM-41，MCM-48，MCM-50）系列的介孔二氧化硅，其结构特点是孔径大小均匀，按六方有序排列，在不同制备条件下，孔径在1.5～10 nm范围内可连续调节。
孔形可分三类：定向排列的柱形孔；平行排列的层状孔；三维规则排列的多面体孔。
这种合成方法可以得到均一的多孔结构，引起了在多相催化、吸附分离以及高等无机材料等学科领域研究人员的浓厚兴趣[3-6]。
介孔材料在种类及应用上都得到了蓬勃的发展。
目前合成介孔材料主要采用水热合成法、室温合成、微波合成、湿胶合成法以及相转移法等。
介孔材料的合成涉及到诸多的影响因素。
比如说，一种模板剂可以合成出多种介孔材料，这就显示了合成过程中胶凝条件所起的重要作用：OH-浓度、投料比、各种原料的溶解度、凝胶老化时间、晶化时间、晶化温度、升温速度以及搅拌速度等都可能成为影响合成结果的因素。
而有的合成方法是利用几种模板剂合成出同一种介孔材料。
对于这种情况，模板剂相当于体积填充物，对分子筛结构的形成并无至关重要的贡献。
基于介孔二氧化硅复合纳米粒子的制备、性能及药物控释研究
基于介孔二氧化硅复合纳米粒子的制备、性能及药物控释研究一、本文概述随着纳米科技的迅速发展，纳米材料在生物医药、环境科学、能源技术等众多领域的应用前景日益广阔。
其中，介孔二氧化硅复合纳米粒子（mesoporous silica nanoparticles, MSNs）作为一种具有独特结构和性质的新型纳米材料，已引起广泛关注。
本文旨在深入探讨基于介孔二氧化硅复合纳米粒子的制备技术、物理化学性能，以及其在药物控释领域的应用潜力。
本文首先概述了介孔二氧化硅复合纳米粒子的基本结构、性质及其制备方法，包括溶胶-凝胶法、模板法、微乳液法等。
随后，详细分析了这些粒子的表面修饰、功能化以及其与药物分子的相互作用机制。
在此基础上，本文进一步探讨了介孔二氧化硅复合纳米粒子在药物控释系统中的应用，包括药物的包载、释放动力学、细胞摄取和生物相容性等方面的研究。
本文还综述了介孔二氧化硅复合纳米粒子在药物控释领域的研究进展，分析了其在实际应用中面临的挑战和未来的发展方向。
通过本文的论述，旨在为相关领域的研究人员提供有价值的参考信息，推动介孔二氧化硅复合纳米粒子在药物控释领域的深入研究与应用。
二、介孔二氧化硅复合纳米粒子的制备介孔二氧化硅复合纳米粒子的制备是本研究工作的核心环节。
制备过程主要包括原料选择、溶剂配置、合成反应以及后续处理等步骤。
我们选择了高纯度的硅源和表面活性剂作为制备介孔二氧化硅复合纳米粒子的主要原料。
硅源的选择对于粒子的尺寸、形貌以及介孔结构具有重要影响，我们经过多次试验筛选，最终确定了最佳的硅源。
表面活性剂则用于形成介孔结构，其种类和浓度对介孔的有序性和孔径大小具有决定性影响。
在溶剂配置阶段，我们将硅源和表面活性剂按照一定比例溶解在特定的溶剂中，形成均匀的溶液。
溶剂的选择需要考虑其对硅源和表面活性剂的溶解性、反应活性以及后续处理的方便性。
接下来是合成反应阶段。
在特定的温度和搅拌速度下，我们向溶液中加入催化剂，引发硅源的水解和缩聚反应。
负载金纳米粒子催化剂制备及催化性能研究
摘要随着经济和科技的不断发展，对各类水体污染物和染料的降解再利用研究日益深入。
对硝基苯酚(4-NP)作为农药、医药、染料等精细化学品的中间体，因其用量大、毒性高、刺激性强，迫切需要合适的方法实现快速大量处理。
目前可实现对硝基苯酚降解的方式主要有微生物降解法和还原法等，由于微生物降解的时效性较差，常用的方法主要是还原法。
因此，选择合适的反应体系和催化剂尤为重要，贵金属纳米粒子具有高的比表面积，活泼的表面键态、电子态，表面电子配位不全等特点，赋予了贵金属纳米粒子独特的催化活性。
其中，Au 纳米粒子是理想催化还原对硝基苯酚(4-NP)的催化剂，但是由于其成本高，不易回收，易团聚失活等缺点，限制了它的实际使用性能。
为了提高Au纳米粒子的稳定性、降低成本、便于回收，科学工作者将多孔材料包覆Au纳米粒子表面。
上述方法虽然实现了低成本、高稳定以及易回收催化剂的制备，但是负载量较低，严重降低了反应速度。
为了克服上述问题，本文从三个方面制备高金纳米粒子负载量的介孔二氧化硅结构催化剂，具体工作如下：1. 通过水热法制备稳定的金纳米粒子，作为合成负载催化剂的前驱体，加入PVP(聚乙烯吡咯烷酮)防止金纳米粒子团聚。
制备的Au NPs在520 nm左右有较强的吸收峰，并且可以高效催化4-NP的还原反应，但其耐溶剂性和酸碱性较差，极易团聚失活，无法重复利用。
为了增加金纳米粒子催化剂的机械强度和循环稳定性，以制备的金纳米粒子为核，使用CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)修饰离子表面，包覆介孔二氧化硅，再通过煅烧去除CTAB，获得标准MCM-41结构。
包覆后的核壳结构粒径在100 nm左右，介孔结构较为均匀，保持了金纳米粒子10 nm左右粒径和化学环境，耐溶剂性和酸碱性明显增强，可以稳定催化4-NP的还原反应。
但是，该方法制备的催化剂的中金纳米粒子负载量较低，无法提高催化剂的催化效率。
2. 通过一步法获得高Au纳米粒子负载量的催化剂。
有序介孔碳材料负载铂纳米粒子：用于硝基苯及其衍生物液相催化氢化的高效催化剂
有序介孔碳材料负载铂纳米粒子：用于硝基苯及其衍生物液相催化氢化的高效催化剂李君瑞;李晓红;丁玥;吴鹏【期刊名称】《催化学报》【年(卷),期】2015(000)011【摘要】介孔碳材料由于具有规整的孔道结构、表面疏水性、化学惰性、大的比表面积和大的孔体积等特点,在催化领域的应用备受关注,不仅可以直接用作催化剂,还可以作为催化剂载体负载金属活性中心并用于催化反应.介孔碳材料作为载体用于加氢反应已有报道,并且其催化活性明显优于活性炭材料.有序介孔碳材料的代表之一CMK-3可以经过SBA-15翻模合成.采用浸渍法将氯铂酸负载到CMK-3载体上,经过甲酸钠还原制得质量分数为5%的Pt/CMK-3催化剂.小角XRD谱表明CMK-3保留了p6mm对称性,介孔结构完好；从广角XRD谱可以看出,金属铂粒子的衍射峰比较宽,说明铂纳米粒子分散比较均匀. CO化学吸附和透射电镜(TEM)的表征结果进一步证明铂纳米粒子分散得比较均匀,平均粒子大小约为2.5 nm (CO 化学吸附), EDX结果表明铂的实际担载量为4.7%.将Pt/CMK-3催化剂用于硝基苯及其衍生物的液相加氢反应中,发现溶剂对反应结果具有很大的影响.首先参考以前的工作,选用水和乙醇体积比9：1的混合溶液为溶剂.在298 K和4 MPa氢气条件下,50 mg催化剂可以将21 mmol硝基苯在10 min内转化98.4%,产物苯胺的选择性高于99%；活性明显高于商品化Pt/C催化剂(相同条件下转化率为88.7%).在此基础上,把Pt/CMK-3催化剂用于含有不同取代基的硝基苯衍生物的液相催化加氢反应,含有吸电子基团如氯取代的硝基苯衍生物转化率为(21.4%–77.7%)；苯环上含有给电子基团如甲基时,硝基甲苯加氢反应的转化率为(83.3%–98.0%)；而给电子能力更大的基团如甲氧基取代的硝基苯衍生物的转化率却并不高.一方面是由于电子效应导致氯取代的硝基苯衍生物活性偏低,另一方面是由于空间位阻导致邻位取代的硝基苯衍生物活性相对其它位置取代的衍生物转化率偏低.考虑到部分反应物在混合溶剂中溶解度较低,可能导致加氢反应过程受到影响,从而影响反应结果,所以又选用无水乙醇溶剂进行了比较.首先仍用50 mg催化剂于硝基苯催化加氢反应,发现在乙醇溶剂中,21 mmol硝基苯在5 min内可以完全转化；当把硝基苯的量增加到5倍时,转化率为22.2%,苯胺选择性高于99%.因此,在乙醇溶剂中将催化剂用量减半,结果在5 min内21 mmol硝基苯衍生物均完全转化为对应的芳香胺化合物；除了硝基氯苯发生脱氯副反应外,其它衍生物选择性都很高.为了更好地区分不同取代基硝基苯衍生物的加氢活性,将2-氯硝基苯和2-甲基硝基苯的用量增大至105 mmol,反应过程中保持氢气压力恒为4 ；MPa,并使反应在5 min后中止,此时测得2-氯硝基苯催化加氢的TOF值为28.3 s–1,而2-甲基硝基苯的TOF值高达43.8 s–1. X射线光电子能谱(XPS)显示Pt/CMK-3表面含有带一定正电的铂物种,推测此物种有助于吸附硝基的氧原子,从而活化底物,促进加氢反应的顺利进行.最后还考察了Pt/CMK-3催化剂在硝基苯加氢中的循环使用性能,发现催化剂可以循环使用至少14次,活性没有任何下降.对反应滤液进行ICP分析,发现滤液中并没有铂离子流失；对使用过的催化剂进行透射电镜表征也没有观察到铂粒子聚集现象,说明催化剂的稳定性良好.%Pt nanoparticles entrapped in ordered mesoporous CMK‐3 carbons with p6mm symmetry were prepared using a facile impregnation method, and the resulting materials were characterized using X‐ray diffraction spectroscopy, N2 adsorption‐desorption, scanning electron microscopy, transmis‐sion electron microscopy, energy dispersive X‐ray spectroscopy, and X‐ray photoelectron spectros‐copy. The Pt nanoparticles were highly dispersed in the CMK‐3 with 43.7% dispersion.The Pt/CMK‐3 catalyst was an effective catalyst for the liquid‐phase hydrogenation of nitrobenzene and its derivatives under the experimental conditions studied here. The Pt/CMK‐3 catalyst was more active than commercial Pt/C catalyst in most cases. A highest turnover frequency of 43.8 s−1 was measured when the Pt/CMK‐3 catalyst was applied for the hydrogenation of 2‐methyl‐nitrobenzene in ethanol under optimal conditions. It is worthy of note that the Pt/CMK‐3 catalyst could be recy‐cled easily, and could be reused at least fourteen times without any loss in activity or selectivity for the hydrogenation of nitrobenzene in ethanol.【总页数】9页(P1995-2003)【作者】李君瑞;李晓红;丁玥;吴鹏【作者单位】华东师范大学化学与分子工程学院上海市绿色化学与化工过程绿色化重点实验室，上海200062;华东师范大学化学与分子工程学院上海市绿色化学与化工过程绿色化重点实验室，上海200062;华东师范大学化学与分子工程学院上海市绿色化学与化工过程绿色化重点实验室，上海200062;华东师范大学化学与分子工程学院上海市绿色化学与化工过程绿色化重点实验室，上海200062【正文语种】中文【相关文献】1.氮掺杂有序介孔碳负载超小尺寸铂纳米颗粒催化硝基苯类化合物选择加氢 [J], 梁继芬;张晓明;景铃胭;杨恒权2.氟功能化蛋黄型氧化硅材料负载Pd纳米粒子用于水相烯烃加氢 [J], 李晓菲;张文娟;张丽敏;杨恒权3.有序介孔碳负载纳米零价铁/铂材料去除水体硝酸盐实验研究 [J], 张颖纯4.有序介孔碳负载纳米零价铁/铂材料去除水体硝酸盐实验研究 [J], 张颖纯5.稀土在聚合物负载铂催化氢化氯代硝基苯反应中的作用研究 [J], 张晋霞;韩晓祥;周仁贤;郑小明因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
有序介孔材料的合成与应用研究进展
有序介孔材料的合成与应用研究进展引言有序介孔材料是一类具有高度有序孔道结构的材料，具有较大的比表面积和孔容，广泛应用于吸附、催化、分离等领域。
本文将介绍有序介孔材料的合成方法以及在不同领域的应用研究进展。
一、有序介孔材料的合成方法1. 模板法模板法是制备有序介孔材料最常用的方法之一。
通过选择不同的模板剂，可以控制材料的孔径和孔道结构。
常用的模板剂包括硬模板剂和软模板剂。
硬模板剂通常是一些具有有序孔道结构的材料，如介孔二氧化硅、氧化铝等。
而软模板剂则是一些具有高度可调性的有机分子，如阴离子表面活性剂、聚合物等。
模板法的优点是合成过程简单，但模板的去除工艺较为复杂。
2. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的无模板法制备有序介孔材料的方法。
该方法通过溶胶的凝胶过程形成介孔结构。
溶胶通常是由一种或多种无机物和有机物组成的溶液，凝胶过程中，溶胶中的成分在凝胶剂的作用下形成固态材料。
溶胶-凝胶法的优点是制备过程简单，可以制备出各种形状的材料。
3. 硬模板转化法硬模板转化法是一种通过模板剂的转化制备有序介孔材料的方法。
首先，选择一个具有有序孔道结构的硬模板剂，然后通过模板剂的转化过程，使其转化为无机材料。
硬模板转化法的优点是可以制备出具有复杂孔道结构的材料。
二、有序介孔材料在吸附领域的应用1. 气体吸附由于有序介孔材料具有较大的比表面积和孔容，因此在气体吸附领域具有广泛应用。
例如，将有序介孔材料用作气体分离材料，可以实现对不同气体的高效分离。
此外，有序介孔材料还可以用于气体储存和传感器等领域。
2. 液体吸附有序介孔材料在液体吸附领域也有着重要的应用。
例如，将有序介孔材料用作吸附剂可以有效去除废水中的有机物和重金属离子。
此外，有序介孔材料还可以用于药物吸附和催化剂的负载等方面。
三、有序介孔材料在催化领域的应用有序介孔材料在催化领域具有广泛的应用前景。
由于其较大的比表面积和孔容，可以提供更多的活性位点，从而提高催化剂的催化性能。
介孔孔道中纳米材料的合成
d) and e) TEM images of the Pd nanowire network replicas along the [111] and [211] directions, respectively, which indicate the formation of a highly ordered Pd nanowire network
2. sol-gel法
3. 微乳液法
4. 气相法
LOGO
LOGO
应 用
Hydrogenation of Ethylene
Ethylene Hydrogenation Turnover Rates and Kinetic Parameters on Pt Catalysts
LOGO
Pt/SBA-15
Au/SBA-15
LOGO
Chemical deposition
焙烧（400℃，1h）
Spin-coating
TEOS HCl 表面活性剂
LOGO
a) and b) TEM images of the cubic structured template along the [111], [211] directions, respectively. The pore-to-pore distances measured from the TEM images are 4.8, 3.4nm,
(iii) the metallic particles’ spatial distribution in the perpendicular direction to the channels is consistent with the pore lattice spacing similarly, separated particles in a line parallel to the pore are often observed, and (iv) that cubic particles remained cubic
有序介孔碳负载合金纳米粒子
有序介孔碳负载合金纳米粒子有序介孔碳负载合金纳米粒子是一种具有广泛应用前景的材料，其独特的结构和性质使其在催化、能源存储和传感器等领域具有重要意义。
本文将从合金纳米粒子和介孔碳材料的介绍、制备方法和应用方面对有序介孔碳负载合金纳米粒子进行阐述。
合金纳米粒子是由两种或更多种金属元素组成的纳米尺度材料。
与单一金属纳米粒子相比，合金纳米粒子具有更丰富的表面特性和调控性能，能够有效地改善催化反应的效率和选择性。
有序介孔碳是一种具有有序孔道结构的碳材料，具有高比表面积、良好的热稳定性和化学稳定性。
将合金纳米粒子负载在有序介孔碳材料上，不仅能够充分利用其孔道结构，提高催化反应的效率，还能够保护纳米粒子免受外界环境的影响。
有序介孔碳负载合金纳米粒子的制备方法多种多样，其中最常用的方法是模板法。
首先，选择一种具有有序孔道结构的介孔碳材料作为模板，然后通过浸渍法、沉积法或共沉淀法将金属前体沉积在模板孔道中，最后通过热处理或化学处理将模板去除，得到有序介孔碳负载合金纳米粒子。
此外，还可以利用溶胶凝胶法、溶剂热法等方法制备有序介孔碳负载合金纳米粒子。
有序介孔碳负载合金纳米粒子在催化领域具有重要应用。
由于其高比表面积和丰富的活性位点，能够提供更多的反应场所和催化活性，因此在有机合成、能源转化和环境保护等方面具有广泛应用。
例如，铂负载在有序介孔碳上的纳米粒子在甲醇燃料电池中具有较高的催化活性和稳定性，可用于替代传统的白金电催化剂。
此外，还可以通过调控合金纳米粒子的组成和形貌，进一步优化其催化性能，实现高效催化。
除了催化领域，有序介孔碳负载合金纳米粒子还在能源存储领域具有重要应用。
利用其高比表面积和良好的导电性能，可以作为电化学电容器和锂离子电池的电极材料。
例如，将钴铝合金纳米粒子负载在有序介孔碳上作为超级电容器电极材料，能够实现高能量密度和高功率密度的储能性能，具有较好的应用前景。
此外，有序介孔碳负载合金纳米粒子还可以应用于传感器领域，通过调控其表面组成和结构，实现对特定物质的高灵敏检测。
一种利用介孔二氧化硅包裹纳米颗粒的复合纳米材料及其制备方法与应用与流程
一种利用介孔二氧化硅包裹纳米颗粒的复合纳米材料及其制备方法与应用与流程复合纳米材料是指将两种或更多种不同的纳米颗粒或纳米结构组合在一起形成的材料。
介孔二氧化硅是一种常用的载体材料，可以用来包裹纳米颗粒，并提供保护和稳定性。
制备该复合纳米材料的方法如下：1. 制备介孔二氧化硅：通过溶胶-凝胶法、硬模板法、软模板法等方法制备具有一定孔径和孔道结构的介孔二氧化硅。
2. 包裹纳米颗粒：将纳米颗粒和介孔二氧化硅混合，在适当的条件下，通过溶胶-凝胶法、共沉淀法或阳离子交换法等方法，使纳米颗粒被包裹在介孔二氧化硅中。
这样可以增加纳米颗粒的稳定性，并且可以根据需要调控纳米颗粒的分散度和释放性能。
3. 洗涤和干燥：将包裹有纳米颗粒的介孔二氧化硅进行洗涤，去除未包裹的纳米颗粒和其他杂质。
然后通过真空干燥或低温烘干等方法，将样品完全干燥。
4. 表征和验证：对制备得到的复合纳米材料进行表征，包括孔径大小、孔道结构、纳米颗粒尺寸和形貌等。
同时，通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等手段验证纳米颗粒成功被包裹在介孔二氧化硅中。
该复合纳米材料可以在多个领域应用，包括但不限于以下几个方面：1. 药物传递系统：包裹纳米颗粒的介孔二氧化硅可以用作药物传递的载体，通过控制孔径大小和孔道结构，实现药物的缓释和靶向释放。
2. 生物传感器：纳米颗粒的特殊性质可以用于构建生物传感器，如基于金属纳米颗粒的表面增强拉曼散射（SERS）传感器和荧光探针。
3. 光触发治疗：纳米颗粒的光学性质可以用于光触发治疗，如光热疗法和光动力疗法。
4. 催化剂：将具有催化活性的金属纳米颗粒包裹在介孔二氧化硅中，可以提高其稳定性和循环利用率，适用于催化反应。
总体流程为：制备介孔二氧化硅 -> 包裹纳米颗粒 -> 洗涤和干燥 -> 表征和验证 -> 应用于药物传递、生物传感器、光触发治疗或催化剂等。
三维有序大孔材料负载金属纳米粒子的制备、表征及其催化性能研究的开题报告
三维有序大孔材料负载金属纳米粒子的制备、表征及其催化性能研究的开题报告摘要：本研究拟采用溶胶-凝胶法制备具有三维有序大孔结构的材料，利用前驱物控制和介模剂控制相结合的方法，针对不同的材料组成和结构参数进行系统优化。
同时通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、氮气吸附等手段对样品的结构和形貌进行表征。
在此基础上，研究不同金属纳米粒子在三维有序大孔材料催化剂上的制备方法及其催化性能。
通过催化降解染料废水等实测实验，评价催化剂的性能。
关键词：三维有序大孔材料，溶胶-凝胶法，金属纳米粒子，催化性能，降解染料废水Abstract:In this study, we plan to prepare materials with three-dimensional ordered macroporous structures by sol-gel method, and optimize the material composition and structural parameters by using the combination of precursor control and template control. The structureand morphology of the samples will be characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, nitrogen adsorption, etc. Based on this, we will study the preparation method and catalytic performance of different metal nanoparticles on the three-dimensional ordered macroporous catalyst. The performance of the catalyst will be evaluated by catalytic degradation of dye wastewater and other practical measurements.Keywords:Three-dimensional ordered macroporous materials, sol-gel method, metal nanoparticles, catalytic performance, degradation of dye wastewater.。
二氧化硅介孔材料的合成及其在药物缓释、贵金属纳米催化剂负载方面的应用研究的开题报告
二氧化硅介孔材料的合成及其在药物缓释、贵金属纳米催化剂负载方面的应用研究的开题报告
一、研究背景
近年来，介孔材料在药物缓释和催化剂负载等方面的应用日益广泛。
二氧化硅介孔材料具有良好的化学稳定性、高比表面积和可调控的孔径
大小，因此被广泛应用在药物缓释和贵金属纳米催化剂负载方面。
尤其
是在药物缓释领域，二氧化硅介孔材料具有良好的生物相容性和缓释效果，可以较好地控制药物的释放速率，提高药物的疗效和降低毒副作用。
二、研究内容
本研究主要针对二氧化硅介孔材料的合成及其在药物缓释和贵金属
纳米催化剂负载方面的应用进行深入研究。
具体研究内容包括：
1. 二氧化硅介孔材料的合成方法研究。
通过介孔材料的形貌、孔径
和孔壁厚度等方面研究合成方法的影响因素，寻求一种简便有效的合成
方法。
2. 二氧化硅介孔材料在药物缓释方面的应用研究。
通过对不同药物
在介孔材料中的缓释效果进行比较研究，探讨介孔材料的孔径大小、孔
壁厚度等因素对药物缓释效果的影响，为药物缓释领域的应用提供理论
依据。
3. 二氧化硅介孔材料在贵金属纳米催化剂负载方面的应用研究。
通
过将贵金属纳米颗粒负载于介孔材料上，探讨介孔材料表面的结构、孔
径大小等因素对贵金属纳米颗粒的负载效果和催化性能的影响，为贵金
属催化领域的应用提供理论指导。
三、研究意义
本研究通过对二氧化硅介孔材料的合成方法、药物缓释和贵金属纳米催化剂负载等方面的研究，为介孔材料在药物缓释、贵金属催化等领域的应用提供理论指导和实践经验，具有重要的学术和应用价值。
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目次1 绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 国内外有关本选题研究的动态 (1)1.2.1 纳米零价铁(NZVI)在水体修复中的研究现状 (1)1.2.2 零价铁在土壤修复中的研究现状 (2)1.2.3 有序介孔材料担载纳米颗粒的合成研究 (2)1.3 目前存在的问题及解决方法 (3)1.4 研究内容 (4)2 实验 (5)2.1 实验药品 (5)2.2 实验仪器 (5)2.3 实验内容 (6)2.3.1 材料合成实验 (6)2.3.2 材料表征实验 (7)2.3.3 TNT降解实验 (8)3.3 结果与讨论 (9)3.3.1 Fe/Si=0.15材料性能表征 (9)3.3.2 TNT降解实验 (12)4 结论 (17)致谢 (19)参考文献 (20)1 绪论1.1 课题背景硝基芳香族化合物如硝基苯、二硝基甲苯、三硝基甲苯、硝基酚、硝基苯甲酸和多硝基芳香类等，是染料、医药、化工、炸药、农药及有机合成等工业生产中的重要原料或中间体，然而硝基苯类化合物同时也是一类强致癌、致突变性的有毒有机污染物,被美国环境保护署(EPA)列为环境优先控制污染物[1]。
全世界每年排入环境中的硝基苯类化合物约为3万t,其结构稳定,不易分解、转化,是生物难降解化合物。
其中2,4,6—三硝基甲苯(TNT)是当前使用最广泛、最重要的猛炸药, 在生产TNT及其纯化过程中形成了多种TNT废水,其主要污染物为化学耗氧量(COD)和色度[2],严重地污染环境,危害人类的身体健康,引发各类疾病。
因此TNT废水的治理研究已引起国内外有关专家的重视[3]。
1.2 国内外有关本选题研究的动态目前，国内外对废水中硝基芳香族化合物的处理方法主要有活性炭吸附、萃取、高级化学氧化和微生物降解等，大都存在运行费用高、处理效果不够理想等问题。
1996年，Agrawal等[24]首次提出利用Fe0处理硝基化合物，因为硝基在Fe0的作用下转化成氨基，可以有效降低硝基化合物的毒性，增大可生化性，加快其在自然界中的降解。
但普通铁粉的反应活性比较低，且反应速率较慢，在降解有机物方面还有很多不足。
纳米铁颗粒因粒径小，颗粒的比表面积和表面能大，从而具有优越的吸附性能和还原活性。
利用纳米铁处理硝基苯废水具有更大的潜力。
1.2.1 纳米零价铁(NZVI)在水体修复中的研究现状铁是活泼金属,电极电位为-0.440 V, 具有还原能力,氧化时释放电子, 能够去除多种污染物。
纳米级铁具有特殊晶体形状和点阵排列等微观结构,由于其颗粒尺度小,比表面积急剧增加,具有较大的表面活性,从而产生特殊的物理化学性质,可以更加有效地去除水体污染物[4]。
利用NZVI方法去除污染物的种类很多,包括有机污染物、无机污染物和重金属等,目前的研究主要针对难降解转化的污染物,如氯烷烃、氯化芳香烃、杀虫剂(DDT、林丹)、多氯化物(PCBs) 等多种卤化物的降解[5,10],以及Hg2+、Ni2+、Ag+、Cd2+、重铬酸盐、砷酸盐等重金属的原位修复和有机染料[6,14]、亚硝酸基二甲胺(NDMA)、TNT 等含氮化合物的转化等[7,9,13]。
ZVI技术在地下水修复领域主要是应用于可渗透反应墙技术（permeable reactive barrier，PRB）中，从90年代初到现在，大批的PRB 技术投入到美国等国家的实际应用中，且已证实该技术是一种较为有效的原位还原技术[8]。
1.2.2 零价铁在土壤修复中的研究现状目前中国土壤环境污染越来越严重,土壤污染面临的形势也十分严峻。
我国现有耕地1亿hm2,其中近2000万hm2 耕地受到不同程度的污染。
对于高价金属污染土壤的治理，有多种方法,其中电动修复法技术是国际上近20年新兴的土壤修复技术, 该法耗费人工少,接触有害物质少,经济性较高,现正处于由实验室研究向现场实施转化阶段,国外已有一些工程实施,国内在近几年也开展了这方面的研究。
自1994年Gillham等首次实地试验考察了零价铁对氯代有机物的还原性脱氯效果以来,零价铁脱氯技术以其成本低廉和处理效果好而倍受关注。
近年来国内外学者也开展了零价铁技术治理土壤有机污染或土壤修复的研究[1,17]。
1.2.3 有序介孔材料担载纳米颗粒的合成研究有序介孔氧化硅可在变化很宽的反应条件(反应温度、反应混合物配比、反应时间、pH值)下,采用不同的硅源及模板剂进行合成。
采用的硅源可为有机硅化合物如四乙基正硅酸盐(TEOS)、四甲基正硅酸盐(TMOS)、四丁基正硅酸盐,或无机硅化物如沉淀二氧化硅、气相二氧化硅及硅酸钠,也可使用其它形式的硅酸盐；晶化温度可在50～150 ℃之间变化反应时间短可为0.5h,长可至240h；反应混合物可为酸性或碱性；采用的模板剂有阳离子型如三甲基烷基氢氧化(卤化)胺、阴离子型如十六烷基磺酸类化合物或非离子型如伯胺；模板剂与硅的配料摩尔比多小于1[9]。
NZVI的制备总体上可分为物理法和化学法。
物理法包括物理气相沉积法、高能球磨法和深度塑性变形法。
化学法主要分为化学还原法、热解羰基铁法、微乳液法和电化学法。
常用的化学还原法是利用还原剂将铁盐或其氧化物等还原制得纳米大小零价铁颗粒，反应有固相还原、液相还原和气相还原。
在环境领域，硼氢化钠是最常用的还原剂，用于在水溶液中还原铁盐来制备纳米大小零价铁颗粒。
NZVI具有较强的聚合特性，易于团聚或吸附到其它物质的表面，从而降低其应有活性或流动性。
近年来，越来越多的研究工作集中在如何有效分散NZVI使其具有更高反应性能和工程应用价值[10]。
He等[19]用区别于传统的制备方法，在合成NZVI过程中使用了水溶性淀粉作为载体和分散剂。
Ponder等[20]用聚乙烯无孔、憎水性树脂作为NZVI的载体，指出选择此树脂是由于其与硼氢化物和溶液中金属离子不反应，且可以提供一个较大的比表面分散NZVI颗粒。
Zhang等[21]在NZVI合成过程中添加膨胀石墨作为载体，对产物进行TEM、XRD 分析得出铁颗粒较均匀地分布于石墨表面，粒径为50～100nm，且NZVI结晶程度较低。
逐层合成自组装技术也已经被广泛应用于纳米材料的合成，聚合高分子多层膜组件作为纳米级反应器，亦被应用于无机纳米材料的制备和固定。
Huang等[22]利用该技术合成的负载型NZVI具有更小的粒径（1～4nm）和较高的反应速率[10，16]。
负载体除了起固定和分散NZVI 颗粒的作用外，还可吸附有机污染物，如Choi等[23]使用活性炭颗粒作为合成纳米Fe/Pd的载体，在有效分散NZVI颗粒的同时，可将有机污染物和降解产物完全吸附，且对原有机污染物的吸附先于其降解过程[11,18]。
合成的复合体兼有纳米颗粒和介孔材料[8]的某些独特性能,但绝不是二者的简单加和,而是通过界面耦合及孔中微环境的改变产生了一些特殊性能,从而可用于多相催化、特定选择性分离、电子、光学及磁性存储等诸多领域,产生各种新型的功能材料。
1.3 目前存在的问题及解决方法纳米零价铁(NZVI)作为一种优良的电子供体，具有价廉易得、本身及其被氧化产物对环境友好、反应活性高等显著优点。
自1996年美国里海大学的W.X. Zhang课题组首次报道纳米零价铁的优良脱氯效果[26]以来，NZVI在难降解污染物的修复和治理领域一直倍受国内外研究人员关注，成为化学还原法中一个重要的研究领域[27－32]。
然而无论是纳米铁粉还是普通的商品铁粉, 在研究的过程中, 都无法避免钝化膜的产生以及团聚现象的出现，这些现象的存在严重削弱了零价铁的还原作用。
随着研究工作的不断深入，人们意识到，要进一步发挥NZVI的高反应活性必须在获得小粒径NZVI的同时解决纳米铁粒子容易氧化的技术问题。
将纳米颗粒分散到负载材料, 如氧化硅[33]、活性炭[34,35]、碳黑[36]、离子交换树脂[37]、有机膨润土[38]等上面以增加纳米颗粒的有效表面积, 从而增强其反应活性[4]。
这样, 一方面可增大纳米颗粒与污染物质接触的总表面积,另一方面也可以防止纳米颗粒成团。
负载材料还可能具有强化电子转移或辅助污染物质预浓缩的功能。
然而，采用这些传统的多孔材料对零价铁颗粒进行分散时，其固有的孔径分布较宽的缺陷，只能得到具有随机粒径分布的复合材料[39]。
以SBA-15和CMK-1为代表的有序介孔材料具有孔道大小均匀、规则排列的结构特征，因而在吸附、物料传递等方面更加具有优势。
目前，在有序介孔基体中制备纳米零价铁的研究还鲜见报道。
本文采用一种在有序介孔氧化硅(OMS)基体中制备担载纳米零价铁的合成方法。
利用表面活性剂EO20PO70EO20 (P123)在溶剂挥发诱导自组装过程中的结构导向作用和碳热过程中的还原作用，把OMS基体中的铁物种原位还原为纳米零价铁粒子。
考察了NZVI/OMS复合材料对水中2,4,6-三硝基甲苯(TNT)的吸附降解过程。
1.4 研究内容（１）利用表面活性剂作为模板，采用碳热合成方法合成担载纳米零价铁的有序介孔氧化硅材料，利用XRD、透射电镜、氮吸附等手段对该材料进行表征。
（２）合成的材料进行TNT的降解反应实验，将锥形瓶放在恒温摇床中，以保证反应的均匀性和过程的稳定性。
在过程中定时取样，利用高效液相色谱仪测定上清液样品及实验材料中TNT的浓度，并考察反应过程中的中间产物。
（3）根据反应过程中溶液以及合成材料中TNT的浓度随时间的变化情况，确定降解反应的动力学机理。
（4）利用红外色谱图及质谱图，研究反应过程中产物的具体成分，根据TNT的残留浓度及降解的具体产物对合成材料的降解性能进行评价，并进行实际应用的可行性研究。
2 实验2.1 实验药品实验中所用到的试剂如表2.1所示。
表2.1 实验药品药品纯度生产厂家表面活性剂P123 ——Fe(NO3)3·9H2O AR 上海华精生物高科技有限公司正硅酸乙酯(TEOS) AR 成都科龙化工试剂厂无水乙醇AR 南京宁试化学试剂有限公司盐酸0.05M（浓度）自配N2≥99.99% 上海比欧稀气体有限公司合成材料—自制TNT ——去离子水—自制甲醇分析纯上海陆都化学试剂厂2.2 实验仪器实验中所用到的仪器如表2.3所示。
表2.2 实验仪器药品规格（数量）生产厂家10mL（一支），5mL（一支），移液管—1mL（一支）烧杯150mL四个—转子四个—玻璃棒一根—表面皿两个—BS224S型电子天平一台北京赛多利斯仪器系统有限公司85-2型恒温磁力搅拌器两个上海司乐仪器有限公司DHG-9240A型电热恒温鼓风干燥箱一个上海精宏实验设备有限公司氮气炉一个—量筒50mL（一支）—锥形瓶150mL —玻璃注射器5mL —塑料滤头若干—取样瓶若干自制漏斗一只—滤纸若干具塞试管若干—全温大容量震荡培养箱一台深圳市永业昌机电有限公司DHG-9240A型电热恒温鼓风干燥箱一台上海精宏实验设备有限公司Waters高效液相色谱仪一台Waters2.3 实验内容2.3.1 材料合成实验实验利用表面活性剂EO20PO70EO20 (P123)在溶剂挥发诱导自组装过程中的结构导向作用和碳热过程中的还原作用，把OMS基体中的铁物种原位还原为纳米零价铁粒子。