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基本信息

項(xiàng)目名稱：
金屬有機(jī)膦酸鹽雜合多孔材料的合成與應(yīng)用
小類：
能源化工
簡介：
本作品著力于合成和開發(fā)一種基于金屬有機(jī)膦酸鹽的多孔有機(jī)-無機(jī)雜合材料。由于不同種類和功能的有機(jī)官能團(tuán)被結(jié)合進(jìn)入材料的多孔骨架中，使得這類材料在催化、吸附、分離、離子交換、太陽能電池等多種方面具有較高的潛在應(yīng)用價(jià)值。
詳細(xì)介紹：
有機(jī)-無機(jī)雜合多孔材料有別于傳統(tǒng)意義上的純無機(jī)骨架結(jié)構(gòu)的微孔或介孔分子篩材料，它的骨架網(wǎng)絡(luò)是由不同種類的有機(jī)基團(tuán)橋連無機(jī)物種形成的。雜合材料的優(yōu)點(diǎn)在于其骨架中均勻分布著有機(jī)官能團(tuán)，這使得對(duì)其密度、化學(xué)性能、穩(wěn)定性等的人為調(diào)控成為可能。由于同時(shí)結(jié)合了無機(jī)、有機(jī)組分的不同性質(zhì)，有機(jī)-無機(jī)雜合多孔材料在催化、分離等方面表現(xiàn)出許多潛在應(yīng)用價(jià)值。所以設(shè)計(jì)合成不同化學(xué)組成的有機(jī)-無機(jī)雜合多孔材料在近些年引起人們的廣泛關(guān)注。因此本作品系統(tǒng)開展金屬膦酸鹽雜合多孔材料的合成和性能研究，雖然我們可以利用已掌握的表面活性劑合成技術(shù)和相關(guān)理論，但金屬膦酸鹽材料的形成有其自有的特性，故擬利用核磁共振，高分辨電子顯微學(xué)，X-射線衍射，紅外光譜，喇曼光譜，光電子能譜，氣體吸附-脫附等技術(shù)手段進(jìn)行原位實(shí)時(shí)研究其合成過程，在分子或原子水平上對(duì)其形成機(jī)制和結(jié)構(gòu)性能有深入全面的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而著力開發(fā)出提高這類新穎雜合材料熱穩(wěn)定性和孔徑及孔結(jié)構(gòu)的方法，同時(shí)深入研究有機(jī)基團(tuán)在材料體相和表面的分布狀況以及這種分布對(duì)金屬離子吸附性能、吸附選擇性和光催化和酸催化活性的影響；進(jìn)行分子或原子尺度的調(diào)控合成材料的結(jié)構(gòu)與性能，發(fā)展新一代固體酸催化劑和其它環(huán)境友好的高效催化劑體系；模擬實(shí)際處理污水的環(huán)境和條件測(cè)試所合成多功能材料的實(shí)際功效等多方面的應(yīng)用探索。

作品圖片

  • 金屬有機(jī)膦酸鹽雜合多孔材料的合成與應(yīng)用

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

由于傳統(tǒng)雜合材料的代表多孔有機(jī)硅材料的諸多局限性，本作品主要研究了雜合有機(jī)膦酸鹽材料的合成與應(yīng)用。其主要特點(diǎn)在于使用含有多種有機(jī)官能團(tuán)的膦酸分子合成出一系列具有不同孔洞尺寸的金屬膦酸鹽材料。本作品提供的這種新型的有機(jī)-無機(jī)雜合多孔材料能應(yīng)用于光催化、重金屬離子吸附、蛋白質(zhì)吸附等諸多領(lǐng)域。合成設(shè)備簡單，操作方便，條件寬松，少污染，節(jié)省能源，原料簡單易得，成本低廉。

科學(xué)性、先進(jìn)性

本作品中的有機(jī)膦酸鹽材料是目前全世界研究的熱點(diǎn)，有機(jī)膦酸來源廣泛，價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)多樣。但是目前僅有的幾篇關(guān)于有機(jī)膦酸鹽材料的報(bào)道都只局限在介孔范圍，金屬也只局限于鋁和釩，所使用的有機(jī)膦酸鹽種類也很單一。本作品采用多種過渡金屬，運(yùn)用帶有不同官能團(tuán)的膦酸分子合成出了具有介孔、大孔或介孔-大孔復(fù)合孔的金屬膦酸鹽。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

無。

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

與中石化公司合作或?qū)＠D(zhuǎn)讓等，詳見作品內(nèi)容。

作品可展示的形式

圖片；樣品。

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

本作品中的有機(jī)膦酸鹽材料，具有介孔、大孔或兼有大孔-介孔的多級(jí)孔結(jié)構(gòu)，不僅能提供更厚的孔墻，增大材料機(jī)械強(qiáng)度，而且超大的孔尺寸有效改善流體在孔道中的傳質(zhì)，增大金屬離子和染料分子等的擴(kuò)散速度；其中介孔墻為活性中心提供較大比表面；由于多種有機(jī)官能團(tuán)的引進(jìn)使得這種材料在吸附、分離和催化等領(lǐng)域表現(xiàn)出一定的選擇性。膦酸鹽材料可根據(jù)需要選用多種廉價(jià)、無毒金屬源，不使用任何表面活性劑直接合成，有利于環(huán)境保護(hù)；也可以通過采用廉價(jià)易降解的模板劑，一步合成有機(jī)膦酸鹽；制備的材料可重復(fù)利用，再生簡單易行，重復(fù)多次后，吸附和催化性能仍得以保持；且所用設(shè)備簡單，合成條件溫和，原料易得，適易工業(yè)放大生產(chǎn)。

同類課題研究水平概述

目前僅有的幾篇關(guān)于有機(jī)膦酸鹽材料的報(bào)道都只局限在介孔范圍，金屬也只局限于鋁和釩，所使用的有機(jī)膦酸鹽種類也很單一。Kimura使用亞烴基橋聯(lián)的簡單二膦酸合成出有序介孔膦酸鋁材料；而Vasylyev等人合成出具有不規(guī)則介孔結(jié)構(gòu)的膦酸鈦和膦酸釩材料，在酸性條件下有一定的催化氧化性能。對(duì)上述這些材料的性能研究報(bào)道仍然較少。本作品申報(bào)人在前期工作中，在不使用任何模板劑的條件下通過納米粒子自組裝的方法，利用爪型分子乙烯二胺四亞甲基膦酸和二乙撐三胺五亞甲基膦酸的鈉鹽作為原料，在水溶液體系一步法合成出有機(jī)基團(tuán)橋連的氧化鈦-膦酸鹽雜化多孔材料，合成的介孔氧化鈦-膦酸鹽雜合材料對(duì)光降解羅丹明B反應(yīng)顯示很高的光催化活性，對(duì)重金屬離子吸附顯示很大的吸附容量；利用自組裝合成策略，用乙二胺四甲叉膦酸鈉作為有機(jī)磷偶聯(lián)分子和鈦酸丁酯在pH=8的反應(yīng)體系中合成出一種具有大孔和雙峰介孔的四膦酸鈦材料；同時(shí)我們也用兩種不同的有機(jī)膦酸即氨基三(亞甲基膦酸)和二(六亞甲基三胺)-五(亞甲基膦酸)在表面活性劑F127存在或無表面活性劑的情況下均合成出來具有分級(jí)介孔-大孔結(jié)構(gòu)的膦酸鋁雜合材料，可用作多功能吸附劑；我們還結(jié)合高壓釜過程和蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝策略，利用HEDP和TiCl4在非離子型表面活性劑Brij 56存在下反應(yīng)合成出周期性六方有序介孔膦酸鈦塊體和粉體（見參考文獻(xiàn)1-5）。 (1) T.Y. Ma, Z.Y. Yuan, Chemical Communication, 2010, 46, 2325-2327. (2) T.Y. Ma, X.Z. Lin, Z.Y. Yuan Chemistry-A European Journal 2010, 28,8487. (3) T.Y. Ma, X.Z. Lin, Z.Y. Yuan Journal of Materials Chemistry 2010, 20, 7406. (4) T.Y. Ma, Z.Y. Yuan, Dalton Transactions 2010, 39, 9570. (5) T.Y. Ma, X.Z. Lin, Z.Y. Yuan, New Journal of Chemistry 2010, 6,1209.
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