地区：上海市 宝山区
关键词：广西大学
成果类型：其它
成果领域：生物与新医药
成果编号：A2021061000003715
成果描述：
| 课题来源与背景：在地质聚合物研究中，研究人员很早就发现了地质聚合反应终产物中存在类沸石结构。由于不同地质聚合物中，硅铝比以及碱组分含量并不固定，因此很难确定地聚物中沸石的结构。从众多文献中可以看出，地聚物与沸石分子筛具有物质组成和结构的相似性。该项目从地质聚合物及沸石分子筛的研究现状入手，结合该课题组的研究成果，确认了地质聚合物与沸石分子筛之间的物质和结构遗传特性。偏高岭土与碱激发剂反应是制备和研究地质聚合物的经典体系，然而偏高岭土成分复杂，使得地质聚合物转化分子筛的反应机理非常复杂。该研究参照偏高岭土的组成，通过溶胶-凝胶法合成了与偏高岭土结构类似的高纯度的Al<,2>O<,3>-nSiO<,2> 粉体(n=1,2)。用合成的粉体制备了Na<,2>O-2SiO<,2>-Al<,2>O<,3> 地质聚合物材料，利用SEM、 HRTEM、XRD、FTIR、 MAS NMR 等测试手段，对Na<,2>O-2SiO<,2>-Al<,2>O<,3> 地质聚合物及其原位转化的NaA分子筛的结构进行了研究；获得水热前后地质聚合物的组成与结构变化规律，并对地质聚合物转化成NaA分子筛的机理进行了系统研究。基于上述研究，该项目利用铝硅酸盐地质聚合物材料直接转化为沸石分子筛，通过控制不同硅铝比，可以制备出不同组成的沸石分子筛块体材料或膜材料，不仅强度高，而且容易成型，成本低廉。该项目的实施，实现了由地质聚合物直接制备沸石分子筛，对分子筛在催化、化工分离吸附领域的应用非常有意义。另外，该课题组还发现地质聚合物特别是在低温下就能获得陶瓷般强度的多孔材料，对化工膜分离、高温、航空和军事领域来说，具有非常好的、潜在的应用前景。石油化工已经成为广西的重要支柱产业，该项目的实施将促进广西在石油化工领域的应用基础研究。研究目的与意义：利用化学合成地质聚合物或偏高岭土地质聚合物水热转化沸石分子筛的技术，制备了多种自支撑沸石分子筛材料，如 NaA、八面沸石、方沸石等；研究中设计并制备出力学性能良好的地质聚合物块体材料或膜材料，通过水热处理将其原位转化为沸石分子筛材料，研究其在催化、吸附、分离方面的应用，丰富了沸石分子筛的研究体系。主要论点与论据：化学合成前驱体粉体、沸石分子筛及分子筛膜，通过优化工艺和性能表征，得到地质聚合物转化沸石分子筛的机理，并对其进行改性优化。 该研究中通过调整地质聚合物中硅铝钠的原子配比，制备了 Na<,2>O-2SiO<,2>-Al<,2>O<,3> 地质聚合物；通过高分辨透射电镜研究发现，具有非晶结构的 Na<,2>O-2SiO<,2>-Al<,2>O<,3> 地质聚合物结构中实际包含了若干微小区域的有序结构（也可以称为纳米晶体），通过60-90℃的水热反应，该合成地质聚合物整体发生晶化，直接转变成了相应硅铝比的NaA 沸石多晶体。通过对合成地聚物高分辨电镜照片分析可知，转化为沸石分子筛之前，地聚物凝胶中已经包含较多的纳米晶体（有序结构），纳米晶体区域其硅铝比接近1.0，钠离子含量也高，但未达到形成沸石的配比要求。经过水热处理后，铝酸根和硅酸根离子在钠离子迁移的影响下继续发生物质迁移，局部区域逐渐达到NaA沸石的理论配比，从而晶化长大。创见与创新：该课题首次找到非晶地质聚合物中存在纳晶结构的实验数据。从文献报道中只看到澳大利亚墨尔本大学的 Provis 博士提出过这方面的推测，但他没有找到证明的实验数据。从这点来说，该课题具有独创性的一面； 从地质聚合物转化分子筛，在国际上还没有类似研究；有部分学者利用地质聚合物进行吸附重金属离子实验中，曾采用水热法处理过地质聚合物，但只是发现类沸石结构，并没有上升到理论设计的层次。该课题利用溶胶-凝胶法制备原材料，纯化反应体系，根据分子筛组成设计地质聚合物配比，通过水热反应得到设计的分子筛，用材料设计的理念实现了地质聚合物到分子筛的转化，因而该课题具有很好的创新性； 地质聚合物研究中碱金属离子（主要是钠离子）的角色还没有揭示，该课题利用 23Na NMR 、EELS、ICP、化学分析等手段对其进行测定，同时利用选择交换的方法控制地质聚合反应中钠离子的浓度，揭示钠离子在地质聚合反应中的作用和存在方式，解决困扰地质聚合物研究领域的泛碱难题，为地质聚合物材料更广泛的应用提供了理论基础。存在的问题：低硅沸石很容易从地质聚合物转化，但硅铝比超过3.0后，很难用地聚物凝胶转化法制备块状沸石多晶体，需重新设计研究路线；制备的自支撑沸石分子筛膜虽然分离效果很好，但通量较低，需要改用支撑体法提高通量。成果简介：通过该课题的研究，已经获得很好的研究成果。项目共发表中文核心以上刊物20篇，其中SCI收录10篇（SCI 影响因子大于4.0有2篇，大于3.0有1篇，大于2.0有6篇），2篇一区论文，5篇二区论文，EI 收录5篇；项目主持人以第一或通讯作者发表19篇，包括发表SCI 收录论文9篇，其中SCI一区刊物1篇，2区刊物5篇，三区刊物2篇，EI 收录5篇。申请发明专利6项，授权1项。培养博士3人，硕士5人。超额完成预定指标。 |
