吸附相反應技術制備CuO-SiO-,2-納米復合材料實驗與模型研究.pdf

1、本論文研究在乙醇-水-SiO2體系中利用SiO2表面的吸附水層作為納米反應器制備CuO/SiO2納米復合材料。論文首先綜述了納米CuO和納米復合材料的性能和應用，對納米復合材料的制備方法按照是否利用納米反應器的思路分為傳統(tǒng)方法和先進制備技術(主要是微尺度反應技術)。并將微尺度反應技術分為硬約束型和軟約束型兩大類進行了詳細介紹：硬約束型介紹了多孔材料和層狀硅酸鹽作為納米反應器的機理、特點和應用；軟約束型介紹了反相微乳液技術的機理、特點和應

2、用。 在總結國內外研究成果的基礎上重點介紹了另一種軟約束型微尺度反應技術----吸附相反應技術的機理和特點，并提出了吸附相反應得以進行的兩個關鍵因素：吸附層的形成和反應發(fā)生的具體場所。并從吸附和反應兩個方面對吸附相技術的最新研究成果做了綜述，最后在總結已有研究成果的基礎上，提出了本論文的研究設想和實驗思路。 考慮到吸附相反應進行的兩個關鍵因素，針對新的實驗體系，作者對實驗方案進行了初步的選擇。利用Cu離子吸附量測定實驗、

3、溶劑置換實驗以及反應后吸附對比實驗驗證了吸附層的存在且是反應發(fā)生的主要場所。XRD分析定性表明有CuO晶體產生，其晶粒大小可以用謝樂公式計算。 針對Cu(AC)2作為吸附前驅體、NaOH為后續(xù)反應物的確定體系，作者針對離子吸附過程和后期反應過程分別設計了實驗，利用絡合滴定法、透射電子顯微鏡(TEM)、X-射線衍射儀(XRD)以及電子能譜儀等多種表征手段對吸附和反應過程進行了研究，發(fā)現(xiàn)：(1)Cu離子的吸附只能在吸附劑表面和本體相

4、性質差別較大時才能發(fā)生；(2)體系中的Cu離子在SiO2表面、吸附水層和乙醇本體相三個區(qū)域內有不同的濃度，溫度升高會對吸附水層內的Cu離子吸附產生促進作用；(3)隨水濃度的提高，Cu離子的吸附量與不完全反應產物的Cu元素相對含量均逐漸升高，這是由于吸附層厚度的增加所致。(4)逐步滴加氫氧化鈉反應實驗表明，SiO2表面直接吸附的Cu離子反應活性相對最低，氫氧化鈉優(yōu)先在吸附層內進行反應。(5)產物CuO晶粒的大小受到吸附層厚度和其中反應產物

5、的過飽和度的控制。吸附層和吸附層內的因素的有效控制是吸附相反應技術實現(xiàn)的關鍵所在。 對反應擴散過程和結晶過程建立了相應的模型，得到了數(shù)值解，對模型的分析表明：(1)氫氧化鈉在兩相中的擴散是反應擴散過程中的控制步驟，加料速率的改變會影響氫氧化鈉的擴散從而影響產物在吸附層內的生成速率；(2)吸附層厚度的改變主要影響了反應產物的吸附層內的濃度；(3)氫氧化鈉加料速率的增加和加入量的增加均會使產物晶粒粒徑減小，這是單純由于過飽和度的變化