多孔材料的合成研究与应用.docx

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1、多孔材料的合成争论与应用马玉;明广天;班青;段洪东【摘 要】介绍了多孔材料的分类，总结近年来多孔材料的合成制备与应用争论进展，具体介绍了多孔材料的合成方法及其应用，如模板法、直接合成法、高内相乳液聚合法、界面聚合法、呼吸图法、溶解度差异法等，并对多孔材料的特点和缺乏进展了概述，展望了多孔材料的进展前景。【期刊名称】齐鲁工业大学学报：自然科学版【年(卷),期】2023(030)003【总页数】6 页(P14-19)【关键词】多孔材料;合成;应用【作 者】马玉;明广天;班青;段洪东【作者单位】1国家学问产权局专利局专利审查协作河南中心材料工程制造审查部,河南郑州 450002;2齐鲁工业大学化学与

2、制药工程学院,山东济南 250353【正文语种】中 文【中图分类】TQ424.4多孔材料具有较高的比外表积和孔隙率，良好的化学性能、光电性能、机械性能、吸附性能和渗透性能，广泛应用于石油化工、机械、环保、航空航天、电化学、建筑材料、过滤与分别等领域。目前多孔材料的合成制备方法主要有模板法、直接合成法、高内相乳液聚合法、界面聚合法、呼吸图法和溶解度差异法等。依据猎取方式的不同，多孔材料分为自然多孔材料和人造多孔材料。依据孔隙率的不同，多孔材料分为低孔率材料、中孔率材料和高孔率材料。依据孔径尺寸的不同，多孔材料又分为三种，孔径直径小于 2 nm 的称为微孔材料，介于 250 nm 之间的为介孔材料

3、，大于 50 nm 的为大孔材料。2.1 模板法制备多孔材料及应用模板法是一种以模板为主体构型去掌握、影响和修饰材料的形貌，掌握尺寸进而打算材料性质的合成方法，是合成多孔材料一个简洁和通用的方法。由于模板构造是固定不变的，介孔和大孔构造可准确掌握，所以多孔材料的模板法合成过程比较简洁进展。LOU 等1通过使用溴化亚铜微球作为化学模板，简洁快速的合成多孔溴化银/ 银复合微球。溴化亚铜不仅供给了生成溴化银的溴离子，也释放铜离子而保证Ag+离子成为元素银后阳离子的削减，复合微球中溴化银对银的比值可以通过转变参加到溴化亚铜模板前体溶液中的银离子来调整，所合成的溴化银/银复合微球表现出卓越的可见光光催化

4、活性。具体合成方法：首先将水，聚乙烯吡咯烷酮PVP溶液和溴化亚铜溶液进展混合。然后参加抗坏血酸溶液，混合物渐渐变浑浊，形成溴化亚铜颗粒。将混合物搅拌 5min，得到的产物用乙醇洗涤四次，然后在 60下真空枯燥 6 h。将所得的溴化亚铜微球分散在乙醇中。同时，将肯定量的硝酸银分散在乙醇中。将以上两种溶液混合，并用磁力搅拌器猛烈搅拌 1 min。反响完毕后，沉淀物通过离心获得，并用去离子水和乙醇反复洗涤。最终，将得到的产物在真空炉中 60枯燥 6 h。溴化亚铜微球和 AgBr/Ag 复合微球的扫描电镜图和透射电镜图如图 1 所示。OBATA 等2首先由琼脂、豆油、蔗糖脂肪酸酯制备琼脂颗粒，通过电解

5、聚合使用琼脂颗粒作为软模板制备多孔聚吡咯膜 PPy，在形成膜后加热到 90时， 琼脂微粒可从聚吡咯膜中除去。由琼脂的浓度来调整琼脂颗粒APS的尺寸进而 掌握聚吡咯薄膜的多孔构造。合成的多孔聚吡咯膜具有延展性和高机械强度。多孔聚吡咯膜和聚吡咯膜的扫描电镜图和横截面扫描电镜图如图 2 所示。2.2 直接合成法制备多孔材料及应用直接合成法是在溶液聚合过程中直接生成孔，然后从孔中除去溶剂即可得到多孔材料的制备方法。由于微孔聚合物具有极高的外表积和不变的孔隙率，即使在枯燥状态下也可通过直接合成的方法制备，孔的构造由可聚合单体连接构成，通过单体靶向设计。介孔和大孔聚合物可通过相分别引发反响来直接合成，并可

6、相对精准的掌握介孔和大孔的网状构造。SEVILLA 等3通过直接合成法一步合成高度多孔碳纳米片。首先由有机盐柠檬酸钾在 750900氮气条件下碳化 1 h，得到黑色固体残留物，用 10%的盐酸洗涤，过滤收集固体，然后用大量蒸馏水洗涤，最终在 120下枯燥数小时。制得的多孔碳纳米片具有较大的比外表积，微孔尺寸由 0.70.85 nm 和 0.951.6 nm 两种组成，可以简洁地通过增加碳化温度来增大微孔尺寸。多孔碳纳米片可作为超级电容器电极，具有优异的电化学性能和优良的循环稳定性。多孔碳纳米片的扫描电镜图和透射电镜图如图 3 所示。LIU 等4在不添加无机酸的条件下通过直接合成法合成 Zr-L

7、a-SBA-15 双金属介孔材料。具体合成方法：普朗尼克 P123 作为模板剂，溶解在去离子水中，在35猛烈搅拌反响 2 h，参加适量的正硅酸乙酯、氯氧化锆和六水硝酸镧，猛烈搅拌 20 h，在 100高压釜中 24 h，结晶，过滤，用去离子水和无水乙醇充分洗涤至 pH=7，在真空炉中 60下枯燥 8 h，然后使用盐酸/乙醇溶液通过索氏提取从产物中萃取 24 h 除去模板剂，并将得到的试样在真空炉中 60下枯燥 6 h 得 Zr- La-SBA-15 双金属介孔材料。双金属Zr 和 La被成功掺入到 SBA-15一种有序二氧化硅材料修改后的框架，并创立的活性位点。Zr-La-SBA-15 双金属

8、介孔材料具有一个抱负的有序构造，较大的比外表积和孔体积，且有相对较窄的孔径分布。合成的 Zr-La-SBA-15 双金属介孔材料具有优异的构造刚性。2.3 高内相乳液聚合法制备多孔材料及应用高内相乳液聚合法，由含有单体或者交联剂的外相发生聚合反响，增大常规乳液内相的体积比至最大值，外相薄膜包围分散相，液滴渐渐变形为多面体，进而到达高内相乳液构造，通过去除内相得到孔，进而生成具有较高孔隙率的大孔聚合物。KOVAC 等5通过皮克林高内相乳液HIPE的模板化方法合成氧化锌多孔材料。首先由油酸外表官能化和外表活性剂分子形成疏水的氧化锌纳米颗粒作为稳定的高内相乳液，对复合泡沫材料进展煅烧得到大孔氧化锌泡

9、沫。具体合成方法：双环戊二烯、普朗尼克 L121、ZnO-NP 和甲苯在室温下混合搅拌， 滴加去离子水搅拌 1 h，参加溶于甲苯中的引发剂 M2，然后放入 80烘箱 4 h， 通过索氏提取用丙酮萃取 24 h，放入真空枯燥箱直到恒重。过程如图 4 所示。制备的氧化锌多孔材料具有优异的催化性能。HE 等6由 4-乙烯基苄基氯和二乙烯基苯，使用常规或皮克林高内相乳液的液滴作为模板共聚得到高度多孔聚合物。制备过程如图 5 所示，高内相乳液聚合物被用作吸附剂从空气中可逆捕集二氧化碳，制备的多孔聚合物具有大的孔体积和孔径，良好的多孔互连性和快速的二氧化碳吸附力量。2.4 界面聚合法制备多孔材料及应用乳液

10、中的单体液滴在界面处引发聚合反响，由于浓度梯度的作用，单体集中到液滴外表，产生中空构造，形成 50 nm 至几百纳米的空心颗粒，称为界面聚合法。界面聚合法应用于合成纳米胶囊。LI 等7通过界面聚合法成功地合成了一种型复合纳滤膜。首先由六亚甲基二胺HDA和盐酸胍进展缩聚反响合成水溶性聚六亚甲基盐酸胍PHGH，然后由 PHGH 和三乙胺TEA溶解在去离子水中组成水相，均苯三甲酰氯TMC 溶解在正己烷中组成有机相，将水相倒入聚砜支撑膜的顶部 15 min，有机相倒入聚砜支撑膜进展聚合反响，在聚砜支撑膜的外表形成一层薄膜，将复合膜放入烘箱中6090进一步聚合反响，并除去正己烷，得到复合纳滤膜。制备的复

11、合纳滤膜对大肠杆菌有有效的抑制作用和较好的防生物附着性能。HDATMC/PSf 复合膜和不同浓度 PHGH 的 PHGHTMC/PSf 复合膜的扫描电镜图和横截面扫描电镜图，如图 6 所示。FAN 等8通过界面聚合法合成 TEPA/TMC 复合纳滤膜。合成步骤：四乙烯五胺TEPA和均苯三甲酰氯TMC参加到聚醚砜PES支撑膜上，在水中添加致孔剂普朗尼克 F127 和氯化钙，将聚醚砜膜浸入水溶液中 10 min，然后浸入正己烷溶液 2 min，取出后在室温下枯燥 30 min 形成聚酰胺活性层，得到TEPA/TMC 复合纳滤膜。在界面聚合过程中，通过在水中添加氯化钙改进复合纳滤膜的性能，复合纳滤膜

12、的纯水透过率会获得显着增加，增加了耐氯性。不同浓度氯化钙形成的 TEPA/TMC 复合纳滤膜扫描电镜图如图 7 所示。2.5 呼吸图法制备多孔材料及应用在高湿度的条件下进展聚合物溶液浇铸制备多孔聚合物薄膜的方法称为呼吸图法。该制备工艺简洁，由于溶剂挥发导致温度降低，在聚合物溶液外表分散为高度有序的液滴，液滴沉入到聚合物中即可得有序的蜂窝状多孔聚合物薄膜。HUANG 等9通过呼吸图法合成复合蜂窝状多孔薄膜。首先由漆酚-钛螯合聚合物UTP溶解到二硫化碳中，参加羟基化的多层碳纳米管MWCNT，40min 后在室温下滴入到玻璃板上，溶剂完全蒸发，得到 UTP/MWCNT 复合微孔膜。UTP/ MWCN

13、T 复合膜具有优异的耐酸碱和耐有机溶剂的特性。ZHAI 等10由静电发生器关心一般的呼吸图方法开发出一种的电呼吸图EBF法，首先由聚苯乙烯PS溶解到二硫化碳中，滴到玻璃板上，使用静电发生器通过电呼吸图法进展聚合反响，合成聚苯乙烯膜。聚苯乙烯薄膜形成的多孔构造具有可控的孔径，且具有较强的疏水性。多孔聚苯乙烯薄膜通过电动呼吸图法制备过程如图 8 所示。在不同电压下通过电呼吸图法制备多孔聚苯乙烯薄膜的电场放射扫描电镜照片如图 9 所示。2.6 溶解度差异法制备多孔材料及应用传统方法往往使用大量的有机溶剂及强酸强碱，在降低材料吸取率的同时，也降低了材料硬度和强度，导致多孔材料外表的官能团失活。LI 等

14、11以甲醛和尿素/ 三聚氰胺为原料，三苯基膦作为致孔剂，通过溶解度差异法制备脲醛树脂和蜜胺树脂多孔材料。在蜜胺溶液或脲醛树脂溶液中，参加溶解于乙醇或丙酮的三苯基膦， 由于溶解度突然降低，在树脂体系中会有大量颗粒结晶析出，快速搅拌使其分散均匀。树脂固化后，粉碎并浸泡于有机溶剂中，溶解出三苯基膦后得到蜜胺或脲醛树脂多孔材料。以三苯基膦为致孔剂制备出的蜜胺a、b与脲醛c、d树脂多孔材料的扫描电镜图如图 10 所示。制备的多孔材料含有大量的活性官能团可作为吸附剂使用，具有良好的吸附性能，同时具有较高的比外表积和热稳定性。多孔材料的合成及应用争论近年来进展快速，并取得很大进展。多孔材料性能优良， 目前已

15、经成为重要的功能构造材料并作为催化剂、超级电容器、吸附剂和过滤装置 等使用。这些高价值的应用推动着多孔材料合技术的进展，成为一个蓬勃进展的研 究领域。多孔材料的制备也存在一些难以解决的问题，比方模板法合成的多孔材料孔径尺寸较大，材料应用有限；直接合成法对单体的构造和合成路线有严格的要求，原料价格昂贵，一些材料的合成难以实现工业生产；高内相乳液聚合法合成的多孔材料比外表积较低，机械强度较差；界面聚合法不易掌握孔的外形；呼吸图法难以制备孔径尺寸小于 100 nm 的有序多孔膜等等。虽然多孔材料的争论目前阶段取得了飞速进展，但和构造功能一体化的自然多孔材料相比差得很远，还需要人们不断地争论、探究。【

16、相关文献】1 LOU S，JIA X，WANG Y，et al.Template-assisted in-situ synthesis of porous AgBr/Ag composite microspheres as highly efficient visible-light photocatalystJ.Applied Catalysis B：Environmental，2023176：586-593.2 OBATA K ，TAMESUE S，HASHIMOTO K，et al.Preparation of porous poly pyrrole utilizing agar par

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