微小空间反应器中生物激发合成沸石与纳米金属粒子的研究

利用微小空间内高传质与传热效率和受限空间的特点，将材料的合成置于微小空间的反应器中进行，制备具有特殊结构和性能的材料是化工领域的一个重要发展方向。将生物激发应用于材料的合成能对材料的形貌、结构、性质、合成条件等都具有显著的影响。本项目结合微小空间内合成材料的优势和生物激发合成材料的特点，利用如壳聚糖、明胶和海藻酸钠等生物质材料在适当的条件下能固化的特性，结合微流反应器制备均一微球的方法，在制备出包裹了材料合成液或合成液中某几种组分的生物质基微球（对后一种情况通过渗透扩散引入合成液中的另外组分）的基础上，将合成反应限定在生物质基微球中进行。通过生物激发作用，有望制备出大比表面积的无粘结剂分子筛微球成型体和不同形貌的纳米金属粒子，研究生物质材料在合成液中含量与制成生物质基微球规律、不同合成原料通过生物质基微球壁渗透扩散到微球内部的规律、和生物质基微球内部合成液的反应规律。

利用微小空间内高传质与传热效率和受限空间的特点，将材料的合成置于微小空间的反应器中，制备具有特殊结构和性能的材料是化工领域的重要发展方向。将生物激发应用于材料的合成能对材料的形貌、结构、性质、合成条件等都具有显著的影响。.基于微小空间和生物激发合成材料的优势，本项目筛选出最适宜的生物质壳聚糖，结合微流体和原位溶胶-凝胶法制备得到球形度好、粒径分布窄，强度高的无模板剂沸石复合微球，考察了壳聚糖的用量，NaOH浓度，硅溶胶/壳聚糖水凝胶微球在铝源中浸渍时间，获得最优化的实验条件，认清渗透扩散性能。研究A型沸石复合微球的生长过程，发现了生物基微球中的反应规律。考察了沸石复合微球对Cu2+的吸附能力，发现其具有良好的吸附能力。深入开发制备出沸石/壳聚糖杂化成形体材料，经过Ca2+和Ag+交换后具有良好的诱导HAP生长的能力和抗大肠杆菌性能。将生物质应用到含有机模板剂沸石的制备中发现，生物质对沸石晶体生长有重大影响，制备出具有中空多级结构的SAPO-34、纳米片组装的SAPO-34微球、中空ZSM-5微球，插片球状的ZSM-5等，厘清了材料的生长过程和机理。将生物质应用于纳米金属复合材料的合成，制备得到了壳聚糖负载Ni-B纳米粒子的中空复合微球，控制NaOH浓度有效调节微球的中空程度；制备得到在壳聚糖微小空间中形成的尺寸范围为80-700 nm的纳米镍。设计出适宜的微流体装置，制备得到了沸石含量、微球尺寸和空腔个数可调的中空A型沸石/壳聚糖杂化微球以及A型沸石/壳聚糖中空纤维膜，经二次水热处理后的中空纤维膜具有良好的分离性能。高温焙烧可以有效除去沸石复合微球中的生物质，制备得到无粘结剂沸石微球。考察二次水热处理后的A型无粘结剂沸石微球的强度、静态水和气体吸附性能，发现无粘结剂A型沸石微球具有高强度、高静态水吸附量和CH4吸附量；无粘结剂X型沸石微球进行Ca2+、K+交换后，考察了沸石微球对CO2的吸附能力，发现NaX，CaX，KX微球分别具有最大的吸附能力，最高的分离因子以及最快的吸附速率，适用于不同的场合。.综上所述，本项目制备得到的复合材料在新型的吸附分离材料、特殊结构沸石材料和生物医用材料领域具有潜在应用，同时项目中开发的技术、方法，设计的装置等具有简单操作、连续生产的等优势，有望投入大规模的工业化生产。