以金屬氫氧化物模板法製備metal-silicate孔洞性複合材料之合成與應用

Abstract

本論文主旨在於，利用簡便的金屬氫氧化物模板法得到具有高表面積、高金屬氧化物分散性之metal-silicate中孔洞複合材料，並利用製備而得的材料探討其相關應用性。以往製備孔洞材料的研究中，常利用有機模板，藉由模板和生成物間的作用力，生成與模板具有相似結構之構型的材料，但必須利用酸洗或是高溫?燒的方式來移除模板，實驗過程較為繁複且成本較高。本研究則先製備出金屬氫氧化物作為模板，再加入矽酸鈉或中孔洞氧化矽後使材料在鹼性環境下進行水熱反應，使矽酸鹽對金屬氫氧化物進行剝蝕之後再與其結合，且由於金屬氫氧化物和silicate兩者的晶格大小不同，重組後結構具有捲曲力，可形成具有特殊介尺度構型的metal-silicate。 在實驗參數的調控方面，藉由改變水熱反應pH值、金屬氫氧化物模板熟化時間、水熱反應時間、金屬/氧化矽比例、反應濃度等實驗參數，控制實驗路徑及最佳合成條件，並發現此合成方式具有很好的再現性，在研究中，利用此金屬氫氧化物模板法可製得管狀之Cu-silicate、捲曲片狀之Zn-silicate材料及Fe-silicate複合材料。 (1) Cu-silicate複合材料 利用金屬氫氧化物模板法在pH ? 11 0的條件下，在100℃水熱一天後，矽酸鹽對層狀氫氧化銅模板進行剝蝕，可得具有特殊管狀結構的copper-silicate中孔洞複合材料，表面積約在400 m2/g。之後進一步利用共沉澱法將合成步驟簡化，並且引入銅離子廢液為前驅物，此實驗合成方式具有改善工業廢棄物汙染的潛力。因為手法簡易的優勢下，利於放大製程的操作，此類型之複合材料對於催化觸媒、工業上之有毒氣體(PH3或SiH4)吸附方面有顯著的效果，根據測試結果得知，在測試條件為通入流速0 22 m/min、濃度為694 ppm的SiH4時，材料的吸附效率為99 2%，且有效吸附量為 80 mg/g，可知有良好的吸附效果。接著利用簡易迴流的方式，以copper-silicate作為前驅物，加入有機分子BTC，合成出具有MOFs結構的Cu3(BTC)2- silicate複合材料，此材料對於溫室氣體SF6的吸附具有很好的攔截效果。 (2) Zn-silicate複合材料 利用金屬氫氧化物模板法在pH ? 8 0的條件下，100℃水熱一天後，可得具有片狀捲曲結構的Zn-silicate中孔洞複合材料，表面積約在230 m2/g。在應用上，將合成出的Zn-silicate複合材料吸附適當濃度的Mn2+後在900℃下?燒，使其轉相為Zn2SiO4:Mn2+，具有放出綠色螢光的特性，在做為綠色螢光粉上有應用潛力。 (3) Fe-silicate複合材料 本實驗利用中孔洞氧化矽為氧化矽源，在水熱過程中氧化矽會溶出矽酸鹽，並且與氧化鐵進行重組，可得高氧化鐵含量(Fe/SiO2=1 6)、高表面積(約400 m2/g)且具有顆粒狀結構之Fe-silicate複合材料。另外為了拓展材料的應用性，引入亞鐵離子為前驅物，合成出具有磁性之Fe(Ⅱ)/(Ⅲ)-silicate。經過測試，此類材料對水中磷酸鹽有吸附效果。

Date of Award	2014 Jul 5
Original language	Chinese
Supervisor	Hong-Ping Lin (Supervisor)