三維有序大孔SiO2微球的制備及表征.pdf

1、核能發(fā)展過程中，核燃料的后處理是制約核能可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。萃取色層技術兼?zhèn)淞艘?液萃取法的高選擇性和色層分離法的高效性雙重優(yōu)點，設備簡單，操作方便，有機試劑消耗及產(chǎn)生的二次廢物少，是一種新型的、發(fā)展快速的分離技術。目前研究焦點主要集中在開發(fā)各種新型的分離性能好、耐輻射、耐高溫、耐強酸的萃取色層。
　　本論文通過膠體晶體模板技術，采用三步法制備大孔SiO2微球，其目的是為新型硅基萃取色層的制備提供性能優(yōu)異的支持體。第一步，采用無

2、皂乳液聚合法制備單分散模板顆粒，研究不同條件對聚苯乙烯(PS)顆粒尺寸及分散性的影響;第二步，采用蒸發(fā)誘導的懸浮體系自組裝技術，將單分散聚苯乙烯顆粒組裝成三維有序膠體晶體微球模板，優(yōu)選自組裝條件;第三步，通過硅源填充、固化及高溫燒除過程，獲得大孔SiO2微球材料，探究填充、焙燒工藝與孔隙特征、孔壁結(jié)構等的內(nèi)在聯(lián)系。研究表明:
　　(1)采用無皂乳液聚合法，通過控制實驗條件，成功制備了粒徑在325-420nm之間且分散系數(shù)小于0.0

3、5的改性PS顆粒。緩沖液濃度、引發(fā)劑濃度、共聚單體濃度是影響聚苯乙烯顆粒尺寸和單分散性的主要因素，制備PS顆粒的最佳條件為:緩沖溶液NaHCO3濃度為9.52-12.27mmol/L、引發(fā)劑過硫酸鉀(KPS)濃度為4.45-7.56mmol/L、共聚單體丙烯酸（AA）濃度為0.20-0.36mol/L。
　　(2)對PS顆粒，采用蒸發(fā)誘導的自組裝技術，獲得的膠晶模板呈規(guī)則球形，PS顆粒緊密排列，為三維高度有序的面心立方（fcc）結(jié)

4、構，致密性為74％。制備直徑為100-150μm之間的膠體晶體微球模板的最佳條件為:水油兩相體積比為1∶10，攪拌速度為450rpm，PS乳液加入方式為恒壓漏斗緩慢滴加。微球模板產(chǎn)率為61.4％。
　　(3)分別采用浸漬法和物理真空灌注法對膠晶模板進行前驅(qū)體填充，用高溫焙燒法去除模板，得到了三維有序大孔SiO2微球。研究了升溫程序?qū)δ０迦コ挠绊?，用SEM、N2吸附等對大孔SiO2微球進行了表征。燒除模板最佳升溫程序為:以2℃/m

5、in的升溫速率加熱至300℃后保持3個小時，待SiO2骨架致密化完成后，再以相同的速率緩慢加熱至600℃，恒溫保持3個小時，即可完全燒除PS顆粒。填充工藝對大孔SiO2微球的影響較大，浸漬法填充時孔道層次清晰，有序性好，平均孔徑為342nm，但孔壁結(jié)構疏松，存在許多狹縫狀孔隙，平均介孔孔徑為6.43nm，孔容量0.750cm3/g，比表面積為466.6m2/g;高濃度前驅(qū)體溶液真空灌注填充時，孔隙收縮嚴重，平均孔徑僅為225nm，部分孔