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本论文针对环境保护和卷烟烟气降害的特殊需求研制沸石分子筛功能材料,侧重于研究在沸石上构筑多级孔和利用沸石晶粒特殊形貌促进其吸附性能。本文通过对沸石分子筛吸附亚硝胺的详细研究,深入探讨选择性吸附的机理,在此基础上,再针对环境保护的需求、引入客体活性组分或有机官能团构建复合功能多级孔材料,控制分子筛的微结构以提高纳米孔里超微空间的利用率,致力于制备具有高活性、高选择性的环境净化功能材料,并在成份复杂的烟草烟气中评价它们的实际性能。
主要研究内容如下:
1.小微孔A沸石吸附亚硝胺的机理研究以及超微选择性的发现。探讨大体积亚硝胺分子在不同孔径的A型沸石上的吸附方式的差异及其原因;选择含有NO基团的硝基苯作为竞争吸附物,发现了孔径小于0.3nm的沸石能识别二苯基亚硝胺和硝基苯,选择性地吸附更大体积的二苯基亚硝胺而不受硝基苯的干扰,揭示了A沸石的超微选择新特性。
2.多级孔结构MCM-22沸石材料的研制及其晶粒特殊形貌对于去除亚硝胺的促进作用研究。碱蚀法产生介孔后MCM-22沸石在338 K吸附亚硝胺的性能明显提高,反映出多级孔结构的重要作用。MCM-22沸石特殊晶粒“玫瑰花瓣状”形貌有利于提高吸附质分子与吸附剂的碰撞几率,能够促进亚硝胺的吸附。磺酸基组装的多级孔结构沸石分子筛材料通过酸碱作用提高了样品对亚硝胺的作用力,在烟丝浸取液中有效地去除烟草特有亚硝胺。
3.针对沸石分子筛吸附怕水干扰的传统观念,研究了分子筛预吸附水之后对Nox的吸附-脱附性能研究。利用程序升温脱附和NO穿透曲线技术,证实沸石即使被水汽饱和后,依然能够高效吸附/脱附氮氧化物,而且性能优于高温活化的样品;这个新发现打破了传统观念,意味着某些环境保护过程里的沸石材料并不需要活化处理,可以节省能源和时间。NaX沸石在预吸附乙醛、苯或1,3-丁二烯的情况下也能够吸附NO,但是不同有机物因其与NO的不同相互作用而产生复杂的影响。
4.面向去除烟草烟气里苯酚的需求,尝试了孔道液膜修饰的新理念,试用介孔硅分子筛合成原粉和具有三维网状结构的自成型介孔材料、通过有机胺官能化之后吸附气流中的酚类物质,并在烟草烟气里评价它们的实际功能:自成型介孔新材料能够有效地拦截粒相物及减少50%以上的酚类物质。
5.研究了沸石对于卷烟烟气中甲醛的选择性吸附。建立了简捷测定甲醛含量的基层实验室方法,筛选出高效吸附气流中甲醛的沸石分子筛材料,即使在烟草烟气里它们的功效也超过传统的吸附剂椰壳活性炭。
6.合成了ZnO/ZnS/TiO2多元金属氧化物介孔材料。制备的样品具有更好的可见光吸收,随着ZnO掺杂量的增加,复合粉体的粒径减小。