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有序介孔材料研究現狀和發展趨勢

時間:2019-04-13 22:00來源:畢業論文
有序介孔材料的發展前景有序介孔材料是近10年來迅速興起來的一類新型無機功能材料,作為一種無機材料,有序介孔材料因具有較大的比表面積、較窄的孔經分布和可以調變的孔徑,以

有序介孔材料的發展前景有序介孔材料是近10年來迅速興起來的一類新型無機功能材料,作為一種無機材料,有序介孔材料因具有較大的比表面積、較窄的孔經分布和可以調變的孔徑,以及良好的化學穩定性、成本低廉、化學改性容易等優點,近年來已經廣泛地應用[6]。然而,自然的分子篩的孔徑很小,而且該材料在酶固定化中的應用是有限的。1992年有序介孔分子篩(MCM系列)的發現,為有序介孔材料作為酶固定化的載體帶來了良好的發展前景。MCM-1發現最早和研究最多的有序介孔材料固定化酶載體。但由于MCM-41的孔徑較小(d=3~4nm),不適宜分子量較大的酶的固定化。孔徑較大且可調變的分子篩SBA-15的發現使得這一問題的解決有了突破性的進展。此后,結構各異、孔徑在2~30nm的新型介孔材料不斷出現,如SBA系列、KIT、HMS、MSU系列、FDU系列和MCFS。進一步加速了有序介孔材料在酶的固定化方面的研究和發展。這些材料的孔徑與酶分子的直徑相當,酶分子可以進入分子篩的孔道內部,單位載體上可以固定更多酶分子,固定化酶可以有更高的表觀活性。另外,有序介孔材料具有較大的孔容,固定化酶在一定程度上濃縮了酶,所以有序介孔材料固定化酶可以用作生物燃料電池的催化劑,可以提高生物燃料電池的能量密度,解決 生物燃料電池發展中的瓶頸。有序介孔材料固定化酶還在藥品緩釋載體上具有潛在的應用前景。例如Song等就將牛血清蛋白固定化到表面功能化的SBA-15上,用于藥品的緩釋研究。Radu等采用經過修飾的MCM-41型介孔分子篩微球用于基因轉移。目前有序介孔材料在生物模擬系統中的作為一個新的應用,將介孔材料作為納米反應器用于蛋白質的水解已經有人在應用了。目前固定化酶在非水溶液中的催化性能以及立體選擇性已經有人開始研究有序介孔材料在這方面的應用了。一旦確定這些固定化酶具有立體選擇性,它們在制藥和精細化學品的合成中將成為一種熱門的方法[6]。34481

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2  介孔材料的合成方法
介孔分子篩材料的合成方大致分為水熱合成法、非水體系合成法、微波輻射合成法和超聲波合成法四種方法[7]。
在大多數介孔分子篩的合成中都采用傳統的水熱法,耗時長、能耗大,不利于工業生產。相較于與水熱法合成,微波輻射合成法具有反應速率快、能耗低、產物粒度均勻等優點,在20世紀70年代開始應用于微孔分子篩的合成和改性,近年來人們開始深入研究微波輻射在介孔分子篩合成方面的應用。微波是一種頻率范圍在0.3~300GHz的電磁波,通常用來加熱的頻率為300MHz~300GHz范圍。微波輻射加熱均勻,利于大量成核,縮短晶化時間。在早期的微波合成介孔材料中大都采用家用微波爐,通過調節微波功率和輻射時間合成樣品,無法精確控制反應體系的溫度和壓力。除了選擇加熱效應外,微波還可能使一些分子的空間結構發生變化,使一些化學鍵斷裂或使分子活化,而促進多種反應類型。溫度過高容易破壞表面活性劑形成的液晶相而形成無定形產物,因而大都在較短的輻射時間內合成樣品。隨后國外采用可以控制合成體系壓力的微波爐裝置,但仍然無法確定反應溫度[8]。近年來出現可以精確控制合成溫度和壓力的微波爐裝置,進一步提高了合成產物的有序性。日益引起分子篩化學界的研究興趣。目前微波非熱效應的理論和實驗解釋都還不完善,有待進一步研究微波促進化學反應及分子篩晶化的理論問題[9]。由于目前實驗室條件原因,我們使用的合成方法主要還是傳統的水熱合成法。論文網
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,介孔材料成為多空物質發展史上的一次飛躍。目前的介孔材料有Mobile公司的M41S系列[10-11]、Pinnavaia課題組的HSM系列和MSU系列[12]、Stucky課題組和趙東元課題組的SBA系列等[13]。介孔材料合成的中心思想是采用所謂的模板機制,利用表面活性劑形成膠束作為模板劑。由于介孔材料具有較大的孔徑(2~50nm),且孔道內含有大量的Si-OH,從而增大了孔道內的化學環境的極性,極性孔道的存在,為某些客觀分子的進入提供了基礎。 有序介孔材料研究現狀和發展趨勢:http://www.aftnzs.live/yanjiu/20190413/31994.html
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