特种结构空心SiO_2纳米颗粒的制备与应用性能研究

【摘要】近年来,制备各种组成、具有可控形貌与尺寸的空心材料已成为材料研究领域的一个最新热点。空心材料由于具有较低的密度、较大的比表面积和独特的中空结构,在生物医药、化工和环境等许多领域有着重要的应用前景。因此,对其制备工艺和应用性能的研究受到了人们的广泛关注。鉴于此,本工作提出了一种以超重力法制备的廉价、无毒的立方形和针状纳米CaCO3为新颖空心模板,获得具有不同孔道结构的空心Si02纳米球和管材料的合成思路；同时,对材料的生物医用性能进行了广泛而深入的研究,潜在的催化性能也被探索。由此发现了一些新现象,得到了一些新规律。全文的主要内容和创新点如下：1、以低成本、规模化制备和应用为目标,提出了一种以硅酸钠为硅源,通过溶胶—凝胶法形成CaCO3/SiO2核壳结构；随后通过煅烧和酸溶获得形貌和壁厚均可控的微孔空心Si02纳米粒子的制备新工艺。通过对制备条件和过程的研究,得到了最优工艺条件：反应温度60～80℃,pH≈9,SiO2包覆量可调且通常为15-20%,煅烧温度为700℃C。所合成的材料具有以下特征：空心球粒径为80-100nm,壁厚为10-20nm；而空心管的长度约为1-2μm,壳层厚度大约在15～20nmn,并通常有一直径约为200nm的开口；微孔空心Si02的平均孔径约为1.6nmn,空心球的比表面积为600-750m2/g,空心管为450-600m2/g。2、为追求更优的材料结构和性能,基于内容1的研究,提出了有机—无机双模板技术以合成介孔空心Si02的新方法。成功地以TEOS为有机硅源,通过引入CTAB作为介孔孔道导向剂,合成出了具有一定有序介孔结构且形貌较佳的Si02纳米空心球和空心管。研究发现：CTAB/CaCO3比例、反应pH值和催化剂以及模板的去除方式等合成条件对介孔孔道的结构有重要影响；介孔空心SiO2的孔径主要集中在2.3nm；空心球的比表面积为700-900m2/g；空心管则为600-800m2/g。3、进行了将空心Si02作为新颖药物控释载体用于头孢拉定和布洛芬(IBU)的存储和释放的研究。实验结果表明：介孔空心载体和加压负载较微孔空心和直接浸渍更有利于药物的良好储存和释放。加压负载和直接浸渍获得的包埋有IBU的样品在人工胃液和模拟小肠液中都显示了良好的缓释行为,前者的包埋量比后者多52%,并具有更低的药物缓释速率和更优良的持续释放能力。IBU在人工胃液中的释放要明显慢于模拟小肠液中。因此,载体中IBU在酸性人工胃液中的溶出量不到包埋总量的1/6,而大量剩余的IBU都在pH=7.4的模拟小肠液中释放,这可望实现向小肠可控释放给药的目的。释放动力学方程以及由此得到的符合Higuchi模型的理论研究,很好地验证了IBU从空心Si02中的释放在人工胃液中是一个比较纯粹的扩散控制过程；而在模拟小肠液中,则受扩散控制和SiO2降解引起的推动作用的耦合影响。4、以过氧乙酸消毒液和印度菩提香料为工作体系,首次研究并发现了微孔空心Si02作为生物载体在挥发性物质的存储和缓释方面的优异性能。实验结果表明：在负载和缓释过氧乙酸时,SiO2空心球明显优于实心SiO2；此外,SiO2空心球的固香量是活性炭的近14倍,且前者表现出明显的缓释行为,后者的逸香速率则基本处于匀速。5、提出以介孔空心SiO2纳米球和管为载体用于固定和释放具有优异杀菌性能的银固体颗粒。通过浸渍法和热处理,方便地制备了此种能高效杀菌的新型载银无机抗菌剂。银的负载实验结果显示：银氨溶液较AgNO3溶液更有利于Ag在空心SiO2上的良好负载；管状空心SiO2的银负载性能优于球状空心SiO2,即在空心管上能获得较高的Ag负载量,较小的Ag纳米粒子和较均匀的Ag粒子分布。杀菌实验表明：此种载银抗菌剂无论是对革兰氏阴性的大肠杆菌,还是对革兰氏阳性的金黄色葡萄球菌和更难杀灭的芽孢杆菌都具有很高的灭菌率,一、二次灭菌率可达到99.9%,且抑菌效果持久而稳定。而由于空心管上良好的银负载,管状样品具有比球状样品更强的杀菌能力。6、受内容5的启发,探索了将空心Si02作为载体用于负载贵金属Pt和Pd,以此制备具有新型蛋壳型结构的贵金属纳米催化剂。初步的催化性能研究表明：当Pd和Pd-Ca型蛋壳型催化剂用于CO选择性加氢制甲醇的反应体系时,它们所显示的催化反应活性和甲醇选择性要明显高于一般的同类催化剂。尤其当添加了助催化剂Ca活性组分后,催化剂的催化活性从2.54提高到了36.5mmolCO·mol-1Pd·S-1。
【作者】王洁欣；
【导师】陈建峰；
【作者基本信息】北京化工大学，化学工程，2006，博士
【关键词】空心SiO2纳米球和管；制备工艺；应用；药物控释；布洛芬；过氧乙酸；香料缓释；载银抗菌剂；贵金属纳米催化剂；

【参考文献】
[1]李居益.我国网络沟通方式的演化研究（1998-2012）[D].北京林业大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[2]吴剑.基于并联六自由度电液伺服机构的单自由度力控制研究[D].浙江大学,2006.
[3]张璞.建构主义视野下的“学导螺旋发展大课堂”教学模式研究[D].宁夏大学,课程与教学论,2014,硕士.
[4]吕冰.磁通门传感器与误差修正技术[D].中国舰船研究院,检测技术与自动化装置,2014,硕士.
[5]惠博.绿色金融对循环经济的支持研究[D].天津财经大学,金融学,2012,硕士.
[6]赵鹏飞.功率分流式变速器性能研究与分析[D].西安科技大学,机械电子工程,2014,硕士.
[7]韩小康.NBA产业化运作模式对武术产业化发展的启示[D].山东师范大学,民族传统体育学,2013,硕士.
[8]宋一鸣.基于声发射的煤与瓦斯突出预测研究[D].辽宁工程技术大学,控制理论与控制工程,2012,硕士.
[9]贺琴.制度环境视角下我国中小企业集合债券发展问题研究[D].长安大学,会计学,2013,硕士.
[10]李上上.第三方网上支付中主体法律关系性质探究[D].天津商业大学,民商法学,2013,硕士.
[11]曹菡.空间关系推理的知识表示与推理机制研究[D].武汉大学,2002.
[12]陶钢.证券市场风险现状及管理方法研究[D].重庆大学,2004.
[13]纠永涛.金刚石/硬质合金钎焊用胶粘剂及助焊剂研究[D].河南科技大学,材料加工工程,2013,硕士.
[14]刘福顺.鞍山职教城图书借阅系统设计与实现[D].吉林大学,软件工程,2012,硕士.
[15]杨刚,乔俊飞,薄迎春,韩红桂.一种基于大脑皮层结构的侧抑制神经网络[J].控制与决策,2013,11:1702-1706.
[16]高国奇.中国银行数据中心建设的研究与实践[D].清华大学,2004.
[17]王春明.关于计算机音乐制作课程教学的思考[D].上海师范大学,教育技术学,2004,硕士.
[18]丁思喆.唐五代敦煌公文研究[D].南京师范大学,应用文体学,2012,硕士.
[19]孙慧聪.从约翰.济慈到奥斯卡.王尔德[D].河北师范大学,英语语言文学,2012,硕士.
[20]吴小江.电动汽车CPPM双永磁同步电机研究[D].湖北工业大学,电机与电器,2013,硕士.
[21]马兵.EY公司CRM应用实证研究[D].重庆大学,2002.
[22]杨晓英.柴油机通过分段喷射组织均质预混合燃烧的试验研究[D].大连理工大学,动力机械及工程,2004,硕士.
[23]张琦力.安海公司发展战略研究[D].上海外国语大学,工商管理,2014,硕士.
[24]崔冬.风险评价理论在下穿铁路施工项目中的应用研究[D].西南交通大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[25]黄艳.积极心理品质在人力资源管理中的应用研究[D].燕山大学,工商管理,2013,硕士.
[26]王丁禾.复杂场景红外舰船目标实时检测技术研究[D].国防科学技术大学,信息与通信工程,2012,硕士.
[27]曹姗姗.小尺度森林火险等级预报模型研究[D].中国林业科学研究院,森林经理学,2014,博士.
[28]董坡.论一人公司的治理问题[D].吉林大学,民商法学,2004,硕士.
[29]郭晓颖.浅析中国当代现实主义雕塑的意义[D].河北师范大学,学科教学,2012,硕士.
[30]向孜.农民尊严感的政治社会学研究[D].湖南师范大学,政治学理论,2014,硕士.
[31]王菲.高铁轴承试验台粉尘箱内气固两相流动的数值分析[D].河南科技大学,机械制造及其自动化,2013,硕士.
[32]沈文卓.高分子聚合物微包覆作用及对贮氢合金电化学性能的影响[D].燕山大学,2012.
[33]胡静.克罗恩病随访研究及其小肠检查技术的临床应用评价[D].安徽医科大学,内科学,2012,博士.
[34]逯利利.我国证券公司国际化的路径选择分析[D].首都经济贸易大学,国际商务（专业学位）,2014,硕士.
[35]杨贤芳.自媒体时代大学生思想政治教育创新研究[D].安徽大学,思想政治教育,2014,硕士.
[36]奴尔加依娜提.B2C环境下大学生网站信任的前因及对购买意向的影响[D].浙江大学,2008.
[37]侯召洋.中国当代平面广告男性形象分析[D].北京林业大学,设计艺术学,2013,硕士.
[38]范亮艳.磁共振环境下无伪影成像以及创造性思维fMRI研究范式的系统开发[D].华东师范大学,无线电物理,2013,硕士.
[39]刘高军,朱嬿.基于数据挖掘技术的建筑企业信用评价[J].中国矿业大学学报,2005,04:494-499.
[40]谢召醒.中子管中氘离子在加速电场中运动的仿真研究[D].东北师范大学,电路与系统,2012,硕士.
[41]蒋瑞瑞.磁共振脉冲优化设计[D].中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所),机械电子工程,2013,硕士.
[42]许可康,韩京清.闭环系统的极点配置[J].自动化学报,1981,02:81-87.
[43]王小华.微分注射成型机理的实验研究[D].北京化工大学,机械设计及理论,2013,硕士.
[44]刘杨.DNA修复基因XRCC1和XRCC3在结直肠癌中的表达及其多态性与化疗后患者生存期关系的研究[D].中南大学,临床医学,2013,博士.
[45]梁京红.论自助行为的立法完善[D].甘肃政法学院,法律,2012,硕士.
[46]彭文东,苏剑波.力矩受限的机器人吸引域估计方法[J].控制与决策,2009,07:979-984.
[47]李彦君.人脸五官定位算法研究[D].中北大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[48]吕超.内蒙古电力（集团）有限责任公司市场营销策略研究[D].内蒙古大学,工商管理,2013,硕士.
[49]宋玉杰.高考作文文体意识淡化成因调查及对策分析[D].西北师范大学,农村教育,2013,硕士.
[50]张常泉.基于Web的企业协同办公系统的设计与实现[D].南昌大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.