温度响应型吸附剂的制备及吸附性能研究文献综述
2020-05-17 21:44:45
人类社会的进步和技术发展中的每次重大突破都是以材料为前提的,新材料的使用对社会经济和科技的发展起着巨大的推动作用。有序介孔材料是利用自组装方法得到的一类重要的具有特殊孔道结构的有序多孔材料。这类新颖的有序介孔材料不仅突破了原有的沸石分子筛孔径范围过小的局限,同时由于介孔材料具有较大的比表面积和均一的孔体积、且在纳米尺寸上连续可调的孔径、从一维到三维的有序或无序的孔道结构,可控的形貌仁如膜片、球及纤维等、表面基团可官能化等一系列优点使得它们在大分子吸附和分离、化学传感器、生物医学、化工催化、能源储存、环境保护、纳米分子器件和其它功能材料等诸多领域显示出重要的应用价值,是国内外材料、化学和化工领域的研究热点。虽然研究历史只有二十几年,有序介孔材料的独特结构与型质吸引了众多不同研究领域的科学家们,经过不懈的努力已经取得了丰硕的成果。但多孔材料的合成、其结构的复杂性和多样性以及应用的广泛性给科学工作者留下巨大的拓展空间。
1.1 温度敏感型吸附剂
1.1.1温度敏感型吸附剂介绍
温度敏感型吸附剂是刺激响应性高分子材料(Stimuli-responsive polymer)中的一类,刺激响应性高分子材料自身能够对外界环境的细微物理或者化学变化(刺激)作出响应,在物理结构或者化学性质上发生变化甚至突变的一类高分子[1-3]。随着刺激场强弱得变化,聚合物可以产生相应的响应行为。外界环境的刺激主要包括化学刺激和物理刺激。化学刺激主要指pH、离子、溶剂或反应物等,化学刺激会在分子水平上改变聚合物链分子的结构、改变聚合物分子链之间或者聚合物与溶剂之间的相互作用。物理刺激主要指温度、电场、光、应力和磁场等方面的变化,引起分子之间相互作用和各种能量的改变。根据高分子材料刺激响应的机理不同,可以分为以下几种类型:温敏性高分子材料、pH响应性高分子材料、光敏性高分子材料以及磁场和电场响应性高分子材料等。
1.1.2温度敏感型吸附剂的特点
温度响应型高分子材料是刺激响应型材料中研究最为广泛也是最详细的刺激响应型聚合物,这主要是由于温度易于控制而且温敏型高分子在很多体系内都适用。具有临界溶解温度是温度响应型高分子材料最显著的特点之一。在高于某一温度时发生相分离,低于某一温度时为均相。则这种聚合物具有低临界溶解温度(lower critical solution temperature, LCST)。反之,则具有高临界溶解温度 (higher critical solution temperature, HCST)。目前,具有低临界溶解温度的聚合是目前研究最为广泛的。
温度敏感型高分子具有一些共型,如分子链段内常含有取代的酰胺、醚键和羟基等官能团。如聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)[4]、聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯(PDMAEMA)[5]、聚氧化乙醚(PEO)、羟丙基纤维素(HPC)[6] 和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)[7]等。此次围绕着三嵌段共聚物P123为模板制备的介孔分子筛SBA-15为载体,采用原位聚合(in situ polymedzation)法首次制备了具有有序六方介孔结构的PNIPAM/SBA-15温敏复合物,并用多种手段对复合物的结构和温敏性进行了表征和研究。
1.1.3 SBA-15载体
SBA-n (Santa Barbara of America, SBA)系列介孔材料是由美国加州大学Santa Barbara分校的Stucky等人在酸性介质中合成的。研究者通过改变表面活性剂、溶剂、控制反应温度等手段,合成出具有不同结构的介孔材料。包括SBA-1 (立方)、SBA-2 (三维六方)、SBA-3 (二维六方)、SBA-11 (立方)、SBA-12 (二维六方)、SBA-14 (层状)和SBA-15 (二维六方)和SBA-16 (立方)[36-40]。
SBA-15是这类材料的典型代表,它有序度高、孔壁厚、孔径大且具有可控制量的微孔。它是以嵌段共聚物P123 (EO20PO70EO20)为模板剂,TEOS为硅源,在酸性条件下合成的。嵌段共聚物与中性无机前驱体间的排斥力比离子型表面活性剂与带电荷的无机前驱体间的排斥力小得多,因此形成的孔壁较厚,骨架结构的水热稳定性得到提高。