硅藻土功能化及其應(yīng)用
發(fā)布時間：2021-07-14 06:35
硅藻土是一種天然無機非金屬礦物材料,具有獨特的多級孔道結(jié)構(gòu),已在部分化工、建材領(lǐng)域獲得實際應(yīng)用。但硅藻土本征比表面積較小（18～28 m2/g）,導(dǎo)致其應(yīng)用受限。通過對硅藻土進行功能化改性,可以賦予硅藻土材料特定的理化性質(zhì),進而改善其環(huán)境治理效果,同時使其有望應(yīng)用于能源及生物工程等領(lǐng)域。因此,對硅藻土進行功能化改性處理已成為目前人們研究的熱點。近年來,硅藻土功能化的研究主要集中于非共價修飾硅藻土、共價修飾硅藻土和對硅藻土的化學(xué)轉(zhuǎn)化三方面。非共價修飾硅藻土多為納米金屬氧化物、金屬含氧酸鹽等修飾硅藻土,合成的硅藻土復(fù)合材料主要應(yīng)用于環(huán)境治理和能源領(lǐng)域。共價修飾硅藻土主要是基于硅藻土內(nèi)硅氧四面體和表面數(shù)量眾多的硅羥基通過Si-O共價鍵連接表面功能單體。而功能單體又分為硅酸鹽和硅烷偶聯(lián)劑兩種。其中,硅烷偶聯(lián)劑一端接枝于硅藻土表面硅羥基,另一端可繼續(xù)接枝其他有機官能團,極大地豐富了硅藻土復(fù)合材料表面官能團的種類,使其具有更加優(yōu)異的性能。共價修飾硅藻土在能源、傳感器、環(huán)境治理領(lǐng)域均有應(yīng)用。硅藻土的化學(xué)轉(zhuǎn)化則以硅藻土為硅源,將其轉(zhuǎn)化為具有硅藻土三維結(jié)構(gòu)的單質(zhì)Si,應(yīng)用于能源、生物工程領(lǐng)域。硅藻土功能...
【文章來源】：材料導(dǎo)報. 2020,34(03)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：11 頁
【部分圖文】：
酪氨酸酶共價修飾羽狀硅藻土流程圖
硅藻土為硅藻土生物的遺骸,因此,硅藻土與硅藻在微觀形貌上保持一致。圖1為幾種硅藻土的掃描電鏡照片[19]。由圖1可以看出,盡管不同類型的硅藻土外觀形貌相差較大,但同種硅藻土之間外形具有高度重復(fù)性,它們的組成構(gòu)造基本相同。Losic等[20]采用原子力顯微鏡(AFM)對硅藻土表面的有序孔道結(jié)構(gòu)進行了詳細(xì)研究。由圖2可以看出硅藻土表面具有大孔和小孔兩種類型的孔結(jié)構(gòu)。其中,小孔孔徑為20～50 nm,大孔孔徑為100～300 nm,表明硅藻土具有獨特的多級孔道結(jié)構(gòu)。此外,硅藻土具有納米級天然有序孔道結(jié)構(gòu),外形具有高度重復(fù)性,使其在納米科技領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用潛力。圖2 硅藻土(a)外表面和(b)內(nèi)表面的原子力顯微鏡照片[20]
圖1 多種形狀硅藻土的掃描電鏡照片[19]硅藻土的主要成分為非晶態(tài)二氧化硅。經(jīng)X射線衍射分析(XRD)測試,在2θ為15～40°范圍內(nèi),硅藻土有一個“饅頭峰”,這是硅藻土內(nèi)非晶態(tài)SiO2的彌散峰;在2θ為26.6°的尖峰對應(yīng)于硅藻土內(nèi)石英的(101)晶面。硅藻土內(nèi)含豐富的SiO2,是一種廉價的硅源。由傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜(FT-IR)測試可得硅藻土內(nèi)的官能團及成鍵情況:波數(shù)為468 cm-1和1 096 cm-1處的峰是硅藻土內(nèi)Si-O-Si鍵不對稱伸縮振動引起的;波數(shù)為3 435 cm-1處的紅外特征峰是硅藻土內(nèi)Si-OH和吸附水導(dǎo)致的。硅藻土表面Si-OH主要分為兩種:一種是孤立的Si-OH,另一種是通過氫鍵連接的Si-OH[21],后者使硅藻土表面顯弱酸性。表面Si-OH是硅藻土表面重要的官能團,它的存在是硅藻土通過硅烷偶聯(lián)劑接枝功能有機物實現(xiàn)硅藻土功能化的關(guān)鍵。硅藻土經(jīng)擦洗提純后表面具有相對有序的孔道結(jié)構(gòu),其比表面積約為28 m2/g。經(jīng)Zeta電位測試,硅藻土在pH=3.7附近具有等電點。在pH>3.7時,硅藻土表面帶負(fù)電荷,對于金屬陽離子的附著、吸附具有天然優(yōu)勢。在生物相容性方面,硅藻土的粒度和形狀均與其生物相容性有關(guān)。其中,粒度較小的圓盤藻與細(xì)胞、細(xì)菌的生物相容性最好。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]γ-AlOOH/Al2O3修飾硅藻土的制備與Cs+、Pb2+吸附性能[J]. 鄭廣偉,杜玉成,侯瑞琴,孫廣兵,王金淑,吳俊書. 無機化學(xué)學(xué)報. 2015(05)
[2]硅藻土的研究現(xiàn)狀及進展[J]. 劉潔,趙東風(fēng). 環(huán)境科學(xué)與管理. 2009(05)
本文編號：3283620
【文章來源】：材料導(dǎo)報. 2020,34(03)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：11 頁
【部分圖文】：
酪氨酸酶共價修飾羽狀硅藻土流程圖
硅藻土為硅藻土生物的遺骸,因此,硅藻土與硅藻在微觀形貌上保持一致。圖1為幾種硅藻土的掃描電鏡照片[19]。由圖1可以看出,盡管不同類型的硅藻土外觀形貌相差較大,但同種硅藻土之間外形具有高度重復(fù)性,它們的組成構(gòu)造基本相同。Losic等[20]采用原子力顯微鏡(AFM)對硅藻土表面的有序孔道結(jié)構(gòu)進行了詳細(xì)研究。由圖2可以看出硅藻土表面具有大孔和小孔兩種類型的孔結(jié)構(gòu)。其中,小孔孔徑為20～50 nm,大孔孔徑為100～300 nm,表明硅藻土具有獨特的多級孔道結(jié)構(gòu)。此外,硅藻土具有納米級天然有序孔道結(jié)構(gòu),外形具有高度重復(fù)性,使其在納米科技領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用潛力。圖2 硅藻土(a)外表面和(b)內(nèi)表面的原子力顯微鏡照片[20]
圖1 多種形狀硅藻土的掃描電鏡照片[19]硅藻土的主要成分為非晶態(tài)二氧化硅。經(jīng)X射線衍射分析(XRD)測試,在2θ為15～40°范圍內(nèi),硅藻土有一個“饅頭峰”,這是硅藻土內(nèi)非晶態(tài)SiO2的彌散峰;在2θ為26.6°的尖峰對應(yīng)于硅藻土內(nèi)石英的(101)晶面。硅藻土內(nèi)含豐富的SiO2,是一種廉價的硅源。由傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜(FT-IR)測試可得硅藻土內(nèi)的官能團及成鍵情況:波數(shù)為468 cm-1和1 096 cm-1處的峰是硅藻土內(nèi)Si-O-Si鍵不對稱伸縮振動引起的;波數(shù)為3 435 cm-1處的紅外特征峰是硅藻土內(nèi)Si-OH和吸附水導(dǎo)致的。硅藻土表面Si-OH主要分為兩種:一種是孤立的Si-OH,另一種是通過氫鍵連接的Si-OH[21],后者使硅藻土表面顯弱酸性。表面Si-OH是硅藻土表面重要的官能團,它的存在是硅藻土通過硅烷偶聯(lián)劑接枝功能有機物實現(xiàn)硅藻土功能化的關(guān)鍵。硅藻土經(jīng)擦洗提純后表面具有相對有序的孔道結(jié)構(gòu),其比表面積約為28 m2/g。經(jīng)Zeta電位測試,硅藻土在pH=3.7附近具有等電點。在pH>3.7時,硅藻土表面帶負(fù)電荷,對于金屬陽離子的附著、吸附具有天然優(yōu)勢。在生物相容性方面,硅藻土的粒度和形狀均與其生物相容性有關(guān)。其中,粒度較小的圓盤藻與細(xì)胞、細(xì)菌的生物相容性最好。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]γ-AlOOH/Al2O3修飾硅藻土的制備與Cs+、Pb2+吸附性能[J]. 鄭廣偉,杜玉成,侯瑞琴,孫廣兵,王金淑,吳俊書. 無機化學(xué)學(xué)報. 2015(05)
[2]硅藻土的研究現(xiàn)狀及進展[J]. 劉潔,趙東風(fēng). 環(huán)境科學(xué)與管理. 2009(05)
本文編號：3283620
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