吸附相反應(yīng)技術(shù)制備CuO-SiO-,2-納米復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)與模型研究.pdf

1、本論文研究在乙醇-水-SiO2體系中利用SiO2表面的吸附水層作為納米反應(yīng)器制備CuO/SiO2納米復(fù)合材料。論文首先綜述了納米CuO和納米復(fù)合材料的性能和應(yīng)用，對(duì)納米復(fù)合材料的制備方法按照是否利用納米反應(yīng)器的思路分為傳統(tǒng)方法和先進(jìn)制備技術(shù)(主要是微尺度反應(yīng)技術(shù))。并將微尺度反應(yīng)技術(shù)分為硬約束型和軟約束型兩大類進(jìn)行了詳細(xì)介紹：硬約束型介紹了多孔材料和層狀硅酸鹽作為納米反應(yīng)器的機(jī)理、特點(diǎn)和應(yīng)用；軟約束型介紹了反相微乳液技術(shù)的機(jī)理、特點(diǎn)和應(yīng)

2、用。 在總結(jié)國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上重點(diǎn)介紹了另一種軟約束型微尺度反應(yīng)技術(shù)----吸附相反應(yīng)技術(shù)的機(jī)理和特點(diǎn)，并提出了吸附相反應(yīng)得以進(jìn)行的兩個(gè)關(guān)鍵因素：吸附層的形成和反應(yīng)發(fā)生的具體場(chǎng)所。并從吸附和反應(yīng)兩個(gè)方面對(duì)吸附相技術(shù)的最新研究成果做了綜述，最后在總結(jié)已有研究成果的基礎(chǔ)上，提出了本論文的研究設(shè)想和實(shí)驗(yàn)思路。 考慮到吸附相反應(yīng)進(jìn)行的兩個(gè)關(guān)鍵因素，針對(duì)新的實(shí)驗(yàn)體系，作者對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行了初步的選擇。利用Cu離子吸附量測(cè)定實(shí)驗(yàn)、

3、溶劑置換實(shí)驗(yàn)以及反應(yīng)后吸附對(duì)比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了吸附層的存在且是反應(yīng)發(fā)生的主要場(chǎng)所。XRD分析定性表明有CuO晶體產(chǎn)生，其晶粒大小可以用謝樂公式計(jì)算。 針對(duì)Cu(AC)2作為吸附前驅(qū)體、NaOH為后續(xù)反應(yīng)物的確定體系，作者針對(duì)離子吸附過程和后期反應(yīng)過程分別設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)，利用絡(luò)合滴定法、透射電子顯微鏡(TEM)、X-射線衍射儀(XRD)以及電子能譜儀等多種表征手段對(duì)吸附和反應(yīng)過程進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)：(1)Cu離子的吸附只能在吸附劑表面和本體相

4、性質(zhì)差別較大時(shí)才能發(fā)生；(2)體系中的Cu離子在SiO2表面、吸附水層和乙醇本體相三個(gè)區(qū)域內(nèi)有不同的濃度，溫度升高會(huì)對(duì)吸附水層內(nèi)的Cu離子吸附產(chǎn)生促進(jìn)作用；(3)隨水濃度的提高，Cu離子的吸附量與不完全反應(yīng)產(chǎn)物的Cu元素相對(duì)含量均逐漸升高，這是由于吸附層厚度的增加所致。(4)逐步滴加氫氧化鈉反應(yīng)實(shí)驗(yàn)表明，SiO2表面直接吸附的Cu離子反應(yīng)活性相對(duì)最低，氫氧化鈉優(yōu)先在吸附層內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)。(5)產(chǎn)物CuO晶粒的大小受到吸附層厚度和其中反應(yīng)產(chǎn)物

5、的過飽和度的控制。吸附層和吸附層內(nèi)的因素的有效控制是吸附相反應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵所在。 對(duì)反應(yīng)擴(kuò)散過程和結(jié)晶過程建立了相應(yīng)的模型，得到了數(shù)值解，對(duì)模型的分析表明：(1)氫氧化鈉在兩相中的擴(kuò)散是反應(yīng)擴(kuò)散過程中的控制步驟，加料速率的改變會(huì)影響氫氧化鈉的擴(kuò)散從而影響產(chǎn)物在吸附層內(nèi)的生成速率；(2)吸附層厚度的改變主要影響了反應(yīng)產(chǎn)物的吸附層內(nèi)的濃度；(3)氫氧化鈉加料速率的增加和加入量的增加均會(huì)使產(chǎn)物晶粒粒徑減小，這是單純由于過飽和度的變化