介孔二氧化硅的制备及其应用研究开题报告

1. 研究目的与意义

介孔二氧化硅材料是一种具有超高比表面积、大孔容、形貌和尺寸可控的新型无机生物材料，近年来它在生物医药领域的应用研究引起了广泛的关注。聚羟基烷酸酯（phas）是一类由微生物发酵合成的热塑性聚酯的总称，主要代表是phb、phbv以及p(3,4)hb等。phas具有完全生物降解性、生物相容性、憎水性、良好的阻透性、压电性、非线性光学活性等独特的性质，又具有石油化工树脂的热塑加工性。其应用遍及高档包装材料、可被人体吸收的药物缓释材料、植入型生物材料等包装、医用卫生、农业用膜等各个应用领域。

大部分的phas分子结构规整度较高，易结晶，结晶度能达到80%，且球晶较大，常温下既硬又脆，不耐冲击；熔融状态下容易分解，耐溶剂性差和亲水性不理想，加工温度范围很窄等。这些缺陷使phas的应用受到很大的限制，所以要对phas进行必要的改性，使其在力学性能上有所改善。

纳米复合改性phas是最近几年发展起来应用于生物可降解材料的一种新方法，主要包括利用无机纳米粒子及层状无机物等进行填充和构建聚合物纳米复合结构材料，以提高基体的性能。纳米粒子具有量子尺寸效应、表面效应、界面效应、体积效应等特点，从而将无机材料的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性、加工性能和介电性能结合在一起，使得复合材料具有优异的力学性能、热性能、阻燃性能、阻隔性能、光电性能等。

2. 国内外研究现状分析

随着研究的深入及工业化的进展,有序介孔材料独特优良的结构性能使其在分离提纯、催化、传感器、生物医药、环境能源、电化学、信息通信等领域具有广泛的应用前景。国内外已成功合成了系列硅基、非硅基介孔材料，并对其特性进行了较为深入的研究。研究者采用各种物理或化学的方法将纳米尺度的金属或非金属粒子置人介孔材料的孔道中进行改性，通过改性后的新型材料具有单纳米颗粒、以及常规介孔材料所不具备的特殊性能，极大地拓展了介孔材料的应用领域。jung等在前人的基础上，首次成功利用纳米浇铸法回收了硅酸盐并进行再生介孔mcm和sba类型硅材料。他们采用sba-15作为硬模板，气体浸渍纳米浇铸法合成介孔碳。该复合物在3．0～3．5m的naoh溶液中搅拌溶解约10min，在353k下加热去除模板。将固体产物过滤，用乙醇洗涤，在353k干燥，可得cmk-3介孔碳。保留滤液，回收硅酸盐，其含碳残渣约5%(重量)，通过超声降解和超细过滤进行纯化，用于后续合成介孔二氧化硅。梁静霞等利用水热法合成介孔二氧化硅材料时，通过调节酸度控制介孔二氧化材料的孔径分布及孔径大小，发现当盐酸的物质的量浓度在2mol/l或1mol/l时，得到的是平行排列且规整的介孔结构的二氧化硅，具有平行排列的孔道结构，相邻两孔中心间距分别约为6nm和7nm，孔道高度有序。肖强利用na2edta作为矿化剂在室温、近中性条件下合成了厚孔壁（约3nm）的蠕虫介孔分子筛(cte)。n2吸附测试表明介孔分子筛孔径为2.8nm，比表面积为706m2/g。sinmr研究表明合成的分子筛具有高的q4/q3比。温度对介孔二氧化硅的结构有很大的影响，温度在2-15℃范围内都能生成介孔结构，高于50℃时，介孔的有序度有很大程度的下降。岳聪峰以十六烷基三甲基溴化铵(ctab)为模板、naoh为催化剂制备了介孔纳米二氧化硅，考察了ctab浓度、naoh浓度对粒径及ζ-电位的影响。当ctab浓度为5.7mm、naoh浓度为14mm时，得到的二氧化硅的粒径在180nm左右，分布比较均一，在水体系中具有良好的稳定性。叶相元等研究发现,该制备方法充分利用了mcm-41的纳米介孔孔道,从而使得二氧化硅类材料所固有的高机械强度、高热稳定性的物理属性在复合材料中得到了更有效的体现。性能测试结果表明:本实验所合成的mcm-41/pi纳米复合材料具有优异的热稳定性、高的机械强度以及随mcm-41含量增加而逐步降低的光透过性。当mcm-41的质量含量为5%时,复合材料的拉伸性能最好(拉伸应力:99.86mpa),杨氏模量也最高(2329.36mpa)。

参考文献：

[1] jung h k， minwoo k， jong- sung y． Ｒecycle of silicate waste into mesoporous materials［j］． environ． sci． technol． ， 2011， 45(8):3695- 3701．

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：通过水热合成法合成具有特定形貌的介孔二氧化硅，对其结构和形貌进行表征。用硅烷偶联剂对介孔纳米二氧化硅进行烷基化改性。将改性的介孔二氧化硅与聚羟基烷酸酯进行复合，对最终产品做热性能以及力学性能的检测。

研究计划：

2015年1月-3月10号 完成文献调研及开题报告的撰写，确定实验方案；

4. 研究创新点

在制备介孔纳米二氧化硅时，采用水热合成法，为更加准确的调控介孔硅材料孔径，形貌等，在更温和的条件下制备介孔硅材料，选择硅烷偶联剂对介孔二氧化硅进行改性，使得介孔二氧化硅表面接枝上硅烷基团，由亲水性转为疏水性，是介孔二氧化硅不容易发生团聚，易分散在基体中，从而使其力学性能和热性能得到改善。