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有序介孔材料研究现状和发展趋势

时间:2019-04-13 22:00来源:毕业论文
有序介孔材料的发展前景有序介孔材料是近10年来迅速兴起来的一类新型无机功能材料,作为一种无机材料,有序介孔材料因具有较大的比表面积、较窄的孔经分布和可以调变的孔径,以

有序介孔材料的发展前景有序介孔材料是近10年来迅速兴起来的一类新型无机功能材料,作为一种无机材料,有序介孔材料因具有较大的比表面积、较窄的孔经分布和可以调变的孔径,以及良好的化学稳定性、成本低廉、化学改性容易等优点,近年来已经广泛地应用[6]。然而,自然的分子筛的孔径很小,而且该材料在酶固定化中的应用是有限的。1992年有序介孔分子筛(MCM系列)的发现,为有序介孔材料作为酶固定化的载体带来了良好的发展前景。MCM-1发现最早和研究最多的有序介孔材料固定化酶载体。但由于MCM-41的孔径较小(d=3~4nm),不适宜分子量较大的酶的固定化。孔径较大且可调变的分子筛SBA-15的发现使得这一问题的解决有了突破性的进展。此后,结构各异、孔径在2~30nm的新型介孔材料不断出现,如SBA系列、KIT、HMS、MSU系列、FDU系列和MCFS。进一步加速了有序介孔材料在酶的固定化方面的研究和发展。这些材料的孔径与酶分子的直径相当,酶分子可以进入分子筛的孔道内部,单位载体上可以固定更多酶分子,固定化酶可以有更高的表观活性。另外,有序介孔材料具有较大的孔容,固定化酶在一定程度上浓缩了酶,所以有序介孔材料固定化酶可以用作生物燃料电池的催化剂,可以提高生物燃料电池的能量密度,解决 生物燃料电池发展中的瓶颈。有序介孔材料固定化酶还在药品缓释载体上具有潜在的应用前景。例如Song等就将牛血清蛋白固定化到表面功能化的SBA-15上,用于药品的缓释研究。Radu等采用经过修饰的MCM-41型介孔分子筛微球用于基因转移。目前有序介孔材料在生物模拟系统中的作为一个新的应用,将介孔材料作为纳米反应器用于蛋白质的水解已经有人在应用了。目前固定化酶在非水溶液中的催化性能以及立体选择性已经有人开始研究有序介孔材料在这方面的应用了。一旦确定这些固定化酶具有立体选择性,它们在制药和精细化学品的合成中将成为一种热门的方法[6]。34481
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2  介孔材料的合成方法
介孔分子筛材料的合成方大致分为水热合成法、非水体系合成法、微波辐射合成法和超声波合成法四种方法[7]。
在大多数介孔分子筛的合成中都采用传统的水热法,耗时长、能耗大,不利于工业生产。相较于与水热法合成,微波辐射合成法具有反应速率快、能耗低、产物粒度均匀等优点,在20世纪70年代开始应用于微孔分子筛的合成和改性,近年来人们开始深入研究微波辐射在介孔分子筛合成方面的应用。微波是一种频率范围在0.3~300GHz的电磁波,通常用来加热的频率为300MHz~300GHz范围。微波辐射加热均匀,利于大量成核,缩短晶化时间。在早期的微波合成介孔材料中大都采用家用微波炉,通过调节微波功率和辐射时间合成样品,无法精确控制反应体系的温度和压力。除了选择加热效应外,微波还可能使一些分子的空间结构发生变化,使一些化学键断裂或使分子活化,而促进多种反应类型。温度过高容易破坏表面活性剂形成的液晶相而形成无定形产物,因而大都在较短的辐射时间内合成样品。随后国外采用可以控制合成体系压力的微波炉装置,但仍然无法确定反应温度[8]。近年来出现可以精确控制合成温度和压力的微波炉装置,进一步提高了合成产物的有序性。日益引起分子筛化学界的研究兴趣。目前微波非热效应的理论和实验解释都还不完善,有待进一步研究微波促进化学反应及分子筛晶化的理论问题[9]。由于目前实验室条件原因,我们使用的合成方法主要还是传统的水热合成法。论文网
3  介孔材料的功能化
在1992年Mobile公司合成出有序的介孔材料MCM-41以后,介孔材料成为多空物质发展史上的一次飞跃。目前的介孔材料有Mobile公司的M41S系列[10-11]、Pinnavaia课题组的HSM系列和MSU系列[12]、Stucky课题组和赵东元课题组的SBA系列等[13]。介孔材料合成的中心思想是采用所谓的模板机制,利用表面活性剂形成胶束作为模板剂。由于介孔材料具有较大的孔径(2~50nm),且孔道内含有大量的Si-OH,从而增大了孔道内的化学环境的极性,极性孔道的存在,为某些客观分子的进入提供了基础。 有序介孔材料研究现状和发展趋势:http://www.lwfree.cn/yanjiu/20190413/31994.html
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