基本信息
- 项目名称：
- 金属有机膦酸盐杂合多孔材料的合成与应用
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品着力于合成和开发一种基于金属有机膦酸盐的多孔有机-无机杂合材料。由于不同种类和功能的有机官能团被结合进入材料的多孔骨架中，使得这类材料在催化、吸附、分离、离子交换、太阳能电池等多种方面具有较高的潜在应用价值。
- 详细介绍：
- 有机-无机杂合多孔材料有别于传统意义上的纯无机骨架结构的微孔或介孔分子筛材料，它的骨架网络是由不同种类的有机基团桥连无机物种形成的。杂合材料的优点在于其骨架中均匀分布着有机官能团，这使得对其密度、化学性能、稳定性等的人为调控成为可能。由于同时结合了无机、有机组分的不同性质，有机-无机杂合多孔材料在催化、分离等方面表现出许多潜在应用价值。所以设计合成不同化学组成的有机-无机杂合多孔材料在近些年引起人们的广泛关注。因此本作品系统开展金属膦酸盐杂合多孔材料的合成和性能研究，虽然我们可以利用已掌握的表面活性剂合成技术和相关理论，但金属膦酸盐材料的形成有其自有的特性，故拟利用核磁共振，高分辨电子显微学，X-射线衍射，红外光谱，喇曼光谱，光电子能谱，气体吸附-脱附等技术手段进行原位实时研究其合成过程，在分子或原子水平上对其形成机制和结构性能有深入全面的认识，进而着力开发出提高这类新颖杂合材料热稳定性和孔径及孔结构的方法，同时深入研究有机基团在材料体相和表面的分布状况以及这种分布对金属离子吸附性能、吸附选择性和光催化和酸催化活性的影响；进行分子或原子尺度的调控合成材料的结构与性能，发展新一代固体酸催化剂和其它环境友好的高效催化剂体系；模拟实际处理污水的环境和条件测试所合成多功能材料的实际功效等多方面的应用探索。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 由于传统杂合材料的代表多孔有机硅材料的诸多局限性，本作品主要研究了杂合有机膦酸盐材料的合成与应用。其主要特点在于使用含有多种有机官能团的膦酸分子合成出一系列具有不同孔洞尺寸的金属膦酸盐材料。本作品提供的这种新型的有机-无机杂合多孔材料能应用于光催化、重金属离子吸附、蛋白质吸附等诸多领域。合成设备简单，操作方便，条件宽松，少污染，节省能源，原料简单易得，成本低廉。
科学性、先进性
- 本作品中的有机膦酸盐材料是目前全世界研究的热点，有机膦酸来源广泛，价格低廉，结构多样。但是目前仅有的几篇关于有机膦酸盐材料的报道都只局限在介孔范围，金属也只局限于铝和钒，所使用的有机膦酸盐种类也很单一。本作品采用多种过渡金属，运用带有不同官能团的膦酸分子合成出了具有介孔、大孔或介孔-大孔复合孔的金属膦酸盐。
获奖情况及鉴定结果
- 无。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 与中石化公司合作或专利转让等，详见作品内容。
作品可展示的形式
- 图片；样品。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品中的有机膦酸盐材料，具有介孔、大孔或兼有大孔-介孔的多级孔结构，不仅能提供更厚的孔墙，增大材料机械强度，而且超大的孔尺寸有效改善流体在孔道中的传质，增大金属离子和染料分子等的扩散速度；其中介孔墙为活性中心提供较大比表面；由于多种有机官能团的引进使得这种材料在吸附、分离和催化等领域表现出一定的选择性。膦酸盐材料可根据需要选用多种廉价、无毒金属源，不使用任何表面活性剂直接合成，有利于环境保护；也可以通过采用廉价易降解的模板剂，一步合成有机膦酸盐；制备的材料可重复利用，再生简单易行，重复多次后，吸附和催化性能仍得以保持；且所用设备简单，合成条件温和，原料易得，适易工业放大生产。
同类课题研究水平概述
- 目前仅有的几篇关于有机膦酸盐材料的报道都只局限在介孔范围，金属也只局限于铝和钒，所使用的有机膦酸盐种类也很单一。Kimura使用亚烃基桥联的简单二膦酸合成出有序介孔膦酸铝材料；而Vasylyev等人合成出具有不规则介孔结构的膦酸钛和膦酸钒材料，在酸性条件下有一定的催化氧化性能。对上述这些材料的性能研究报道仍然较少。本作品申报人在前期工作中，在不使用任何模板剂的条件下通过纳米粒子自组装的方法，利用爪型分子乙烯二胺四亚甲基膦酸和二乙撑三胺五亚甲基膦酸的钠盐作为原料，在水溶液体系一步法合成出有机基团桥连的氧化钛-膦酸盐杂化多孔材料，合成的介孔氧化钛-膦酸盐杂合材料对光降解罗丹明B反应显示很高的光催化活性，对重金属离子吸附显示很大的吸附容量；利用自组装合成策略，用乙二胺四甲叉膦酸钠作为有机磷偶联分子和钛酸丁酯在pH=8的反应体系中合成出一种具有大孔和双峰介孔的四膦酸钛材料；同时我们也用两种不同的有机膦酸即氨基三(亚甲基膦酸)和二(六亚甲基三胺)-五(亚甲基膦酸)在表面活性剂F127存在或无表面活性剂的情况下均合成出来具有分级介孔-大孔结构的膦酸铝杂合材料，可用作多功能吸附剂；我们还结合高压釜过程和蒸发诱导自组装策略，利用HEDP和TiCl4在非离子型表面活性剂Brij 56存在下反应合成出周期性六方有序介孔膦酸钛块体和粉体（见参考文献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.
