具羧酸官能基之立方結構中孔洞二氧化矽的合成、鑑定及應用

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林于萱(Yu-hsuan Lin) 查詢紙本館藏

畢業系所

化學學系

論文名稱

具羧酸官能基之立方結構中孔洞二氧化矽的合成、鑑定及應用
(Synthesis and Application of Carboxylic Acid-Functionalized Cubic Mesoporous Silica Materials)

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摘要(中)

本論文主要是利用三嵌段共聚高分子Pluronic F127作為模板，將具有羧酸官能基的矽源CES (Carboxyethylsilanetriol sodium salt) 和TEOS (Tetraethyl orthosilicate) 作為共同矽源，在低量酸性條件下以直接共聚合成法進行合成，可得到孔穴狀 (cage) 的孔洞，且其孔洞規則排列為面心立方對稱結構 (Face-centered cubic structure, Fm3m)，也可將羧酸官能基的莫耳比例提高至45%，並利用X-ray 粉末繞射、固態核磁共振光譜、等溫氮氣吸脫附、紅外線光譜儀、熱重分析儀、穿透式電子顯微鏡及掃描式電子顯微鏡等儀器鑑定材料的結構，同時也鑑定官能基含量對孔洞性質的影響。
將上述所合成的中孔洞材料，其簡稱CK-x，x=[CES/(CES+TEOS)]應用在移除廢水中有機染料分子。將CK-x (x=0 - 40) 探討對亞甲基藍的吸附，其pH值愈高且官能基含量提高皆有助於提高吸附量，並且Langmuir 等溫吸附模式比 Freundlich 等溫吸附模式更適合描述CK-x吸附亞甲基藍之的系統。另外也探討四種染料分子Phenosafranine (酚藏花紅)、Methylene blue (亞甲基藍)、Orange II (橘色二號) 和Rhodamine B (羅丹明B)的吸附量，利用不同pH和材料中有無官能基之因素來探討不同染料之最佳吸附環境，並進一步探討吸附動力學。含羧酸官能基之中孔洞材料對於吸附陽離子染料 (酚藏花紅和亞甲基藍) 具有良好的表現，且四種染料吸附動力學皆屬Pseudo-second order模式。

摘要(英)

Well-ordered mesoporous silicas CK-x [x=CES/(CES+TEOS)] functionalized with high loadings of carboxylic acid (-COOH) groups, up to 45 mol% of the silicon sites without degradation of ordered structures, have been successfully synthesized via co-condensation of Tetraethyl orthosilicate (TEOS) and Carboxyethylsilanetriol sodium salt (CES) templated with a triblock polymer Pluronic F127 at low HCl concentrations. All these materials have been characterized by powder X-ray diffraction (XRD), nitrogen sorption measurements, solid-state 13C and 29Si MAS NMR spectroscopy, thermogravimetric analysis (TGA), Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM). The prepared mesoporous CK-x materials have been used as suitable adsorbent for four different dyes (Phenosafranine、Methylene blue、Orange II and Rhodamine B). It was observed that CK-x exhibited an excellent adsorption capacity of cationic molecules. The isotherm models and kinetic models properties were analyzed to describe the adsorption behavior of prepared materials. Langmuir mode and pseudo-second-order kinetics were well-fitted in the simulation of the adsorption behavior of dyes on prepared materials.

關鍵字(中)

★ 中孔洞材料
★ 羧酸官能基

關鍵字(英)

★ mesoporous silica
★ Carboxylic acid groups

論文目次

中文摘要...............I
Abstract...............II
謝誌...............III
目錄...............IV
圖目錄...............VIII
表目錄...............XI
第一章緒論...............1
1-1中孔洞二氧化矽簡介...............1
1-2界面活性劑簡介...............4
1-2-1 界面活性劑結構與種類...............4
1-2-2 微胞的形成與結構...............6
1-2-3界面活性劑與矽氧化物的交互作用...............9
1-2-4 共聚高分子 (Block copolymer...............12
1-3 官能基化之中孔洞材料...............15
1-4 KIT-5介紹...............20
1-5 中孔洞材料之吸附的發展及應用...............22
1-6 研究動機與目的...............25
第二章實驗部分...............26
2-1 實驗藥品...............26
2-2 實驗步驟...............27
2-2-1 合成具羧酸官能基的CK-x-as...............27
2-2-2以硫酸溶液裂解孔洞中的模板...............27
2-2-3 以酸鹼滴定鑑定孔洞材料中的酸當量...............27
2-2-4 染料檢量線之製作...............28
2-2-5 CK-x在不同pH值下吸附亞甲基藍實驗...............29
2-2-6 CK-x在不同反應時間吸附亞甲基藍實驗...............29
2-2-7 CK-30之重複使用性...............29
2-2-8 染料初始濃度對CK-x吸附亞甲基藍實驗...............30
2-2-9 CK-x在不同pH值下及不同反應時間的染料吸附實驗..............30
2-3 實驗設備...............31
2-3-1 實驗合成設備............... 31
2-3-2 實驗鑑定儀器............... 31
2-4 鑑定儀器之原理...............32
2-4-1 同步加速器光源...............32
2-4-2 X射線粉末繞射...............33
2-4-3 氮氣吸脫附等溫曲線、表面積與孔洞特性鑑定...............34
2-4-4 傅立葉紅外線吸收光譜...............38
2-4-5 紫外光-可見光光譜...............38
2-4-6 熱重分析...............39
2-4-7 穿透式電子顯微鏡...............40
2-4-8 低真空掃描式電子顯微鏡 ...............41
2-4-9 固態核磁共振............... 42
第三章結果與討論...............49
3-1 合成不同矽源比例的 CK-x...............49
3-1-1 CK-x系列XRD...............49
3-1-2 13C CP/MAS NMR...............51
3-1-3 29Si MAS NMR...............52
3-1-4 等溫氮氣吸脫附...............54
3-1-5 FT-IR紅外線光譜...............58
3-1-6 熱重分析...............60
3-1-7 TEM影像...............62
3-1-8 SEM影像...............64
3-1-9酸鹼滴定...............65
3-1-10表面電位...............67
3-2 CK-x吸附亞甲基藍染料吸附實驗...............68
3-2-1 CK-x在不同pH值下吸附亞甲基藍之效果...............68
3-2-2 CK-x在不同反應時間吸附亞甲基藍之效果...............68
3-2-3 染料初始濃度對CK-x吸附亞甲基藍...............68
3-2-4 等溫吸附模式............... 72
3-2-5 重複使用性...............76
3-3 CK-x對不同染料之吸附影響...............77
3-3-1 不同染料在不同環境下及不同時間的吸附...............77
3-3-2 動力吸附探討............... 81
第四章結論...............84
第五章參考文獻...............85
附錄一...............90
附錄二...............92
附錄三...............98

參考文獻

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指導教授

高憲明(Hsien-Ming Kao)

審核日期

2013-7-18

推文