多孔納米固體的制備與表征.pdf

1、在本文中，我們利用溶劑熱壓方法，以TiO2納米粉作為原料，采用兩種不同方法制備了PMMA/TiO2復(fù)合多孔納米固體，通過(guò)熱處理成功地獲得了孔徑大小均—且在空間均勻分布的TiO2多孔納米固體；以不同的聚合物凝膠作為模板，用溶劑熱壓法成功地制備了具有不同比表面積和孔容的TiO2多孔納米固體。為了改善樣品中孔徑分布的均勻性，我們又以PVP-K30水溶液作為造孔劑，以TiO2和ZnO納米顆粒作為原料，制備了TiO2和ZnO多孔納米固體。對(duì)多孔納

2、米固體材料的性能進(jìn)行了表征，并初步解釋了復(fù)合材料性質(zhì)的變化規(guī)律。 首先，以甲基丙烯酸甲酯(MMA)作單體，以過(guò)硫酸銨為引發(fā)劑，通過(guò)溶液聚合制備了PMMA/TiO2復(fù)合多孔納米固體。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在改變單體的用量時(shí)，得到的PMMA/TiO2復(fù)合多孔納米固體的主孔徑基本上都分布在5-25nm范圍內(nèi)，但是孔徑均勻性、比表面積以及孔容均存在明顯的差異。當(dāng)MMA/TiO2納米粉的重量比為1:19時(shí)，PMMA/TiO2復(fù)合多孔納米固體的孔徑

3、分布均勻，比表面積和孔容分別為127.20m2/g和0.27cm3/g。 另外，我們直接以聚甲基丙烯酸甲酯超細(xì)粉作原料，以去離子水為造孔劑，制備了PMMA/TiO2復(fù)合多孔納米固體，并對(duì)其性質(zhì)進(jìn)行了測(cè)試分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在固體組分總量固定且造孔劑用量相同的情況下，通過(guò)改變PMMA的用量，可以在一定范圍內(nèi)調(diào)變多孔納米固體的孔徑分布、比表面積和孔容。其中，PMMA/TiO2納米粉的重量比為1:9時(shí)，制備的復(fù)合多孔納米固體平均孔徑明

4、顯減小，為8.77nm；當(dāng)PMMA/TiO2納米粉的重量比為2:3時(shí)，得到的PMMA/TiO2復(fù)合納米固體是實(shí)心塊體，樣品內(nèi)沒(méi)有孔道；其他重量比條件下制備的復(fù)合多孔納米固體的平均孔徑均有不同程度的增大，而比表面積和孔容則隨著PMMA/TiO2納米粉的重量比的增大而明顯降低。PMMA/TiO2復(fù)合多孔納米固體均具有較大的抗壓強(qiáng)度，而且當(dāng)PMMA/TiO2納米粉的重量比改變時(shí)，復(fù)合多孔納米固體的介電常數(shù)也有明顯差異，隨著PMMA/TiO2納

5、米粉重量比的增大，復(fù)合多孔納米固體的介電常數(shù)先升高后降低，PMMA/TiO2納米粉的重量比為1:19時(shí)介電常數(shù)最大，為11.44。 為了制備孔徑分布均勻的TiO2多孔納米固體，我們將上面制備的PMMA/TiO2復(fù)合多孔納米固體進(jìn)行熱處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，熱處理后TiO2納米顆粒的物相穩(wěn)定，粒度沒(méi)有明顯的變化，TiO2多孔納米固體孔道中沒(méi)有PMMA殘留，而且TiO2多孔納米固體具有很高的熱穩(wěn)定性。在原料固體組分總量固定且造孔劑用量相

6、同的情況下，盡管制備時(shí)PMMA的用量不同，TiO2多孔納米固體的平均孔徑、比表面積和孔容變化較小，當(dāng)PMMA/TiO2納米粉的重量比為1:9時(shí)平均孔徑最大，為10.44nm；與不加PMMA的樣品相比，其他重量比條件下制備的多孔納米固體的孔容均有不同程度的減小。隨著PMMA/TiO2納米粉比值的增大，多孔納米固體的抗壓強(qiáng)度先升高后降低，當(dāng)PMMA/TiO2納米粉的重量比為1:9時(shí)，TiO2多孔納米固體的抗壓強(qiáng)度最大，為242.8MPa。另

7、外，PMMA/TiO2納米粉的重量比不同，復(fù)合多孔納米固體的介電常數(shù)也有明顯差異，隨著PMMA/TiO2納米粉重量比的增大，多孔納米固體的介電常數(shù)先升高后降低，PMMA/TiO2納米粉的重量比為1:4時(shí)介電常數(shù)最大，為14.08。因此我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中，通過(guò)改變PMMA的用量，可以在一定范圍內(nèi)調(diào)變多孔納米固體的抗壓強(qiáng)度及介電常數(shù)，制備既具有較大的抗壓強(qiáng)度，又具有一定平均孔徑、比表面積、孔容和介電常數(shù)的TiO2多孔納米固體。 我們又

8、以聚合物作為模板，嘗試控制TiO2多孔納米固體的孔道分布。分別以丙烯酸丁酯(BA)和苯乙烯作單體，過(guò)硫酸銨作為引發(fā)劑，通過(guò)自由基聚合分別得到了二者的聚合物凝膠。以其聚合物凝膠作模板，TiO2納米粉為原料，利用液態(tài)溶劑熱壓方法和煅燒去除模板方法相結(jié)合，制備了TiO2多孔納米固體。結(jié)果表明，在改變單體的用量時(shí)，得到的TiO2多孔納米固體樣品的主孔徑基本上都分布在5-35nm范圍內(nèi)。當(dāng)BA/TiO2納米粉的重量比為1:9時(shí)，TiO2多孔納米固

9、體的孔徑分布均勻，孔容為0.32cm3/g，此時(shí)比表面積最大，達(dá)到了87.94m2/g；而當(dāng)苯乙烯/TiO2納米粉的重量比為1:9時(shí)，TiO2多孔納米固體的比表面積達(dá)到174.17m2/g，孔容達(dá)到0.34cm3/g。 為了進(jìn)一步改善樣品中孔徑分布的均勻性，我們以非離子型表面活性劑PVP-K30的水溶液作為造孔劑、以TiO2和ZnO納米顆粒作為原料，分別制備了TiO2和ZnO多孔納米固體。從實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)：加入少量PVP-K30