微孔洞材料-類沸石咪唑骨架材料(ZIF-90)與中孔洞材料-SBA-15的官能基修飾研究

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微孔洞材料-類沸石咪唑骨架材料(ZIF-90)與中孔洞材料-SBA-15的官能基修飾研究
(The studies on functional modification of zeolitic imidazolated framework-90 (ZIF-90) and mesoporous silica (SBA-15) materials)

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摘要(中)

本篇論文分為兩個部分，第一部分是將具有醛基官能基的類沸石咪唑骨架材料，ZIF-90，利用簡單且和緩的後修飾方法，將其表面上的醛基官能基轉換為羧酸以及胺基官能基，得到ZIF-90-C以及ZIF-90-A這兩種微孔洞材料。經過此後修飾可讓ZIF-90-C以及ZIF-90-A在中性條件下分別帶有不同電荷，以便獲得更多的應用性。而ZIF-90-A在吸附二氧化碳中展現了很好的留滯能力，可以做為儲存二氧化碳的材料。此外，修飾上胺基官能基的ZIF-90-A對DNA展現了非常好的吸附能力，這為類沸石咪唑骨架材料開啟了在生物化學領域的應用性，例如生物分子的分離或傳遞。
第二部分是將具有羧酸官能基的中孔洞材料CAR-10，修飾上對人體無毒性且具芳香環的胺基酸：苯丙胺酸、色胺酸，得到產物CAR-10-Phe和CAR-10-Trp，並且利用其苯環間作用力去吸附同樣具有芳香環的毒物，像是巴拉刈 (Paraquat)以及其結構類似物Ethyl viologen dibromide (EVB)。與市售的活性碳材料相比，具芳香環胺基酸的中孔洞材料在中性環境下對巴拉刈展現了非常好的吸附能力，因此可將此材料應用於血液透析，達到解毒的效果。

摘要(英)

Two parts in my thesis.
Part I, a straightforward method was developed for the conversion ZIF-90 aldehyde groups into amino and carboxyl groups to change the ZIF surface into cationic and anionic, respectively, under neutral conditions. A detailed characterization of the samples performed using different spectroscopic techniques unanimously demonstrated the ZIFs. Accordingly, the transformations proceeded without loss of integrity of the parent framework. Remarkably, ZIF-90-A showed with great CO2 binding capability, so it is good potential material for CO2 storage. In addition, we also have demonstrated the potential of use the ZIFs modified with amino groups for polynucleic acid separation by DNA plasmid binding assays. It opens a new way for the application of ZIF materials in biomaterials separation or delivery.
Part II, a general synthetic method for functionalization of mesoporous silica with amino acid has been developed. The carboxylic acid functionalized SBA-15 were conjugated with L-phenylalanine (Phe) and L-tryptophan (Trp) to obtain nontoxic amino acid-conjugated functionalized mesoporous silica materials. The materials were used as adsorbents for the removal of the herbicide Paraquat (PQ) and its analog, ethyl viologen dibromide (EVB) from aqueous solutions. In comparison to the commercially activated carbon adsorbents, the silica-based adsorbents prepared in this study exhibited relatively higher PQ removal efficiency at room temperature and pH 7.0. This bioconjugated method developed here provides a promising new tool to synthesize new materials for detoxification of herbicides in clinical trials.

關鍵字(中)

★ 中孔洞材料
★ 類沸石咪唑骨架材料
★ 後修飾

關鍵字(英)

論文目次

中文摘要 I
Abstract II
目錄 IV
圖目錄 VIII
表目錄 X
第一章緒論 1
1-1 金屬有機骨架材料 1
1-1-1 簡介 1
1-1-2 發展史 3
1-2 類沸石咪唑骨架材料 4
1-2-1 簡介 4
1-3 中孔洞材料 5
1-3-1 簡介 5
1-3-2 發展史 5
1-3-3 中孔洞材料的合成條件 7
1-3-4 中孔洞材料表面修飾官能基 8
1-3-5 中孔洞材料作為吸附劑的應用 10
1-4 研究動機與目的 10
第二章實驗部分 12
2-1 實驗藥品 12
2-2 實驗儀器與原理 13
2-2-1實驗使用儀器 13
2-2-2 實驗鑑定儀器 13
2-2-2 X射線粉末繞射儀 14
2-2-3 場發掃描式電子顯微鏡 15
2-2-4 傅立葉轉換紅外線吸收光譜儀 16
2-2-5固態核磁共振儀 16
2-2-6 等溫氮氣吸/脫附儀 18
2-2-7熱重分析儀 20
2-2-7表面電位儀 21
2-3 類沸石咪唑骨架材料的合成 22
2-3-1 合成具醛基官能基類沸石咪唑骨架材料：ZIF-90 22
2-3-2 合成具羧酸官能基類沸石咪唑骨架材料：ZIF-90-C系列 22
2-3-3 合成具胺基官能基類沸石咪唑骨架材料：ZIF-90-A系列 23
2-3-4 合成具胺基官能基類沸石咪唑骨架材料：ZIF-90-2A系列 24
2-4 ZIF-90-A之應用：吸附去氧核醣核酸 (Deoxyribonucleic Acid，DNA) 25
第三章結果與討論 27
3-1 類沸石咪唑骨架材料的鑑定 27
3-1-1 XRD的鑑定結果 27
3-1-2 FT-IR的鑑定結果 33
3-1-3 SEM的鑑定結果 38
3-1-4 13C CP/MAS NMR的鑑定結果 39
3-1-5 等溫氮氣吸/脫附的鑑定結果 41
3-1-6 TGA 的鑑定結果 43
3-1-7 界達電位的鑑定結果 44
3-2吸附二氧化碳之結果 46
3-3 吸附去氧核糖酸之結果 47
第四章結論 49
第五章緒論 50
5-1 農藥的發展與汙染 50
5-1-1 簡介 50
5-1-2 巴拉刈 51
5-2 吸附理論 53
5-2-1 簡介 53
5-2-2 等溫吸附理論 54
5-3 研究動機與目的 57
第六章實驗部分 58
6-1 實驗藥品 58
6-2 實驗儀器與原理 59
6-2-1 實驗使用儀器 59
6-2-2 實驗鑑定儀器 59
6-2-3 紫外光－可見光分光光譜儀 60
6-3 中孔洞材料的合成 61
6-3-1 合成具羧酸官能基的中孔洞材料 61
6-3-2 合成具芳香環胺基酸的中孔洞材料 61
6-4 巴拉刈吸附實驗 62
6-4-1 吸附實驗條件及檢量線製作 62
6-4-2 溫度對吸附能力的影響 63
6-4-3 反應時間對吸附能力的影響 63
6-4-4 毒物濃度對吸附能力的影響 64
6-4-5 pH值對吸附能力的影響 64
6-4-6 毒物吸脫附實驗 65
第七章結果與討論 67
7-1 中孔洞材料鑑定 67
7-1-1 XRD鑑定結果 67
7-1-2 13C CP/MAS NMR鑑定結果 68
7-1-3 FT-IR鑑定結果 70
7-1-4 等溫氮氣吸/脫附實驗結果 71
7-2 巴拉刈吸附結果 73
7-2-1 中孔洞材料在不同溫度下的吸附結果 73
7-2-2 中孔洞材料在不同時間下的吸附結果 75
7-2-3中孔洞材料在不同毒物濃度中的吸附結果 77
7-2-4 中孔洞材料在不同pH值下的吸附結果 79
7-2-5 毒物脫附結果 81
第八章結論 83
參考文獻 84

參考文獻

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指導教授

謝發坤(Fa-Kuen Shieh)

審核日期

2013-8-27

推文