SiO2气凝胶的制备与表征

ＳｉＯ２气凝胶是一种低密度的纳米非晶固体材料,以正硅酸乙酯（ＴＥＯＳ）,乙醇（ＥｔＯＨ）和水为原料,以０．０１ｍｏｌ／Ｌ硝酸为催化剂,摩尔比为ＴＥＯＳ：ＥｔＯＨ：Ｈ２Ｏ＝１：５：８,采用溶胶－凝胶法和超临界干燥技术制备了ＳｉＯ２气凝胶,首先,ＴＥＯＳ在室温下水解０．５ｈ制得醇凝胶,然后将乙醇注入醇凝胶以置换其中的水,最后将醇凝胶放入压力容顺并加入适量乙醇,升温至２７０℃,压力可达１０．６ＭＰａ,采     

非超临界干燥法制备气凝胶绝热材料

气凝胶是由超细微粒聚结形成的轻质多孔性纳米结构材料，其特有的纳米尺寸颗粒与纳米孔洞结构使它具有良好的绝热性质。阐述了各种非临界干燥法的原理、工艺特点及其应用条件，综述了近年来国内外非临界干燥法制备气凝胶绝热材料的研究现状以及存在的问题，并评价了气凝胶绝热材料的应用前景。     

疏水SiO2气凝胶制备

以自制的硅溶胶为原料，通过三甲基氯硅缈六甲基二硅氧烷（trimethylehlorosilsne／hexamethyldlsiloxane，TMCS／HMDSO）混合液对制得的水凝胶直接进行表面改性，用乙醇洗涤以后，在常压条件下干燥后得到疏水的SiO2气凝胶。研究表明；当溶胶液pH值从3变到5，最终得到的气凝胶的密度随pH值的增大逐渐减小到最低点后又有所增大，而气凝胶的比表面积则呈相反的变化趋势。当改性剂TMCS／H20的摩尔比大于0．1时，最终可得到疏水的气凝胶，当其大于0．2后气凝胶的密度和疏水性变化不大。Si02气凝胶密度和比表面积分别在100-160kg／m^3和539-720m^2／g范围。     

疏水SiO2气凝胶制备

以自制的硅溶胶为原料，通过三甲基氯硅缈六甲基二硅氧烷（trimethylehlorosilsne／hexamethyldlsiloxane，TMCS／HMDSO）混合液对制得的水凝胶直接进行表面改性，用乙醇洗涤以后，在常压条件下干燥后得到疏水的SiO2气凝胶。研究表明；当溶胶液pH值从3变到5，最终得到的气凝胶的密度随pH值的增大逐渐减小到最低点后又有所增大，而气凝胶的比表面积则呈相反的变化趋势。当改性剂TMCS／H20的摩尔比大于0．1时，最终可得到疏水的气凝胶，当其大于0．2后气凝胶的密度和疏水性变化不大。Si02气凝胶密度和比表面积分别在100-160kg／m^3和539-720m^2／g范围。     

疏水型SiO2气凝胶

以多聚硅为硅源，通过溶胶-凝胶、表面修饰及超临界干燥过程制备出了疏水型SiO2气凝胶，表面修饰后SiO2气凝胶洞由修饰前的23．1nm减小到18．2nm，比表面积由修饰前的477m^2g^-1增加到563m^2g^-1，骨架颗粒比修饰前略大，饱和水蒸汽吸附量由吸附前的0．04(重量比)降低到0．0012，且与水不浸润。     

疏水SiO2气凝胶的制备及表征

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,三甲基氯硅烷(TMCS)为改性剂,经老化、表面疏水改性,常压干燥制备了高比表面积疏水SiO2气凝胶.用傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、比表面及孔径分布仪、热重分析仪(TG-DSC)对其疏水特性及结构进行表征.结果表明:疏水SiO2气凝胶与水的接触角达145°,在空气中的热稳定温度为269 ℃;且比表面积达1035 m2/g,具有典型的气凝胶结构特征,孔径尺寸和密度分别达9.7 nm和0.129 g/cc,骨架颗粒尺寸小于30 nm.     

SiO2气凝胶小球的制备及表征

以国产硅溶胶为原料,通过滴液成球法和非超临界干燥工艺制备SiO2气凝胶小球,并对其结构进行了表征。研究结果表明,该SiO2气凝胶小球是由粒径为10nm左右的SiO2纳米粒子构成的轻质多孔材料,其比表面积高达271．89m^2／g,孔隙率在90％左右,孔分布集中在10～30nm,密度约300kg／m^3。气凝胶小球的直径在1～5mm范围内精确可控。     

甲基三乙氧基硅烷改性制备疏水SiO2气凝胶

采用原位聚合法结合超临界干燥工艺,以正硅酸四乙酯为硅源、甲基三乙氧基硅烷为改性剂制备出疏水型SiO2气凝胶．采用比表面积及微孔物理分析仪、接触角分析仪、热分析仪和红外光谱仪对其性能和结构进行表征．结果表明：所制备出的SiO2气凝胶是接触角为160°、比表面积为674．47m^2／g和孔体积为4．13cm^3／g@疏水型气凝胶．疏水SiO2气凝胶的热稳定温度为244．5℃．     

TiO2/SiO2气凝胶的非超临界干燥法制备及其对吡啶降解的光催化活性

TiO2/SiO2 aerogels with different molar ratio of SiO2/TiO2 were prepared via non-supercritical method using tetrabutyl titanate and silica sols as raw materials. The samples were characterized by TEM, SEM, BET, IR, XRD and so on. The results indicate that the BET surface area of TiO2/SiO2 aerogels calcined at 550℃ which consisted of anatase structure of TiO2 with narrow distribution pores of 5-25 nm is as high as 357.89 m^2·g^-1. For the photocatalytic degradation of pyridine, the catalytic activities of TiO2/SiO2 aerogels are much higher than that of TiO2 powder. The photocatalytic activity of TiO2/SiO2 aerogels calcined at 800℃ is the optimum. The higher the content of SiO2, the higher the photocatalytic activity of TiO2/SiO2 aerogels. The cost for preparation of the aerogels is greatly reduced by using non-supercritical drying method, and the aerogels are hopefully applied in the treatment of industrial waste water such as coking effluent treatment.     

内疏外亲SiO_2气凝胶的制备及表征

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,无水乙醇为溶剂,硝酸为催化剂,氨水为凝胶剂,经溶胶-凝胶过程制备块状湿凝胶。再以三甲基氯硅烷(TMCS)为疏水改性剂,3-氨丙基三羟基硅烷为亲水改性剂对制备的湿凝胶进行改性处理,最后经超临界CO2干燥得到块体SiO2气凝胶。考察了亲水改性剂加入量分别为0、0.15、0.75、1.5、2.70 mL时对块体SiO2气凝胶亲水性的影响,并通过扫描电子显微镜(SEM)、接触角、吸水率、红外光谱(FT-IR)等对气凝胶进行表征。结果表明:所得气凝胶块体具有纳米多孔结构,内部疏水(最大接触角可达123°),表面亲水,试样亲水性随亲水剂用量的增加而增大;同一试样亲水性存在一定的梯度变化,亲水性由内到外逐渐增强。     

超疏水介孔二氧化硅气凝胶的常压制备与性能表征

以正硅酸乙酯(tetracthyl orthosilicate,TEOS)为原料,通过酸(草酸卜碱(氨水)两步催化,采用溶胶-凝胶法常压干燥制备了超疏水型介孔SiO2气凝胶.结果表明:当TEOS、乙醇、草酸、氨水的摩尔比为1:4:5:0.2,草酸和氨水的浓度分别为0.008,0.5 mol/L时,制备的SiO2气凝胶堆密度为0.3503g/cm3,比表面积为765.27m2/g.透射电镜、扫描电镜、粉末x射线衍射和Brunauer-Emmett-TeUer测试表明:SiO2气凝胶具有非晶纳米介孔结构.接触角测定和Fourier转换红外光谱分析表明:SiO2气凝胶表面的羟基被甲基取代,与水的接触角为152.1°,表现出超疏水性.     

常压干燥法制备疏水性SiO2气凝胶

利用正硅酸乙酯做先躯体,盐酸与氨水做催化剂,通过二步法制备了二氧化硅气凝胶,并利用三甲基氯硅烷和正己烷做表面改性剂采用共沸法逐级对湿凝胶进行表面改性.测试分析了气凝胶的密度、表观、疏水性、比表面积、孔径分布和热稳定性.结果表明:气凝胶的物理特性及其疏水性受到三甲基氯硅烷与正己烷的体积比(ψ)的影响,其密度随着ψ增大而减小,当ψ=3%时,气凝胶的疏水性最好;所制得的SiO2在350℃仍具有良好的热稳定性,并且具有高比表面积(838.6 m2/g)和孔体积(2.10cm3/g).     

二氧化硅气凝胶的孔结构及液相吸附行为

通过溶胶-凝胶、CO2超临界干燥工艺制备了高比表面积的块状SiO2气凝胶.改变液态CO2萃取循环压力,得到不同孔径和孔径分布的SiO2气凝胶.对样品进行了液氮物理吸附测定,并采用密度函数理论,Alpha-s(αs)和Dubinin-Radushkevich方法对材料的表面结构进行了分析,通过等温吸附实验研究了样品对亚甲基蓝(methylene blue,MB)的吸附性能.结果表明:升高循环压力,可使Si02气凝胶的平均孔径变小、孔径分布变窄;微孔孔容和中孔孔容随循环压力升高先增大后减小,在6.5 MPa时达到最大.对吸附热力学过程的研究表明,Langmuir等温吸附方程能够很好地描述SiO2气凝胶对MB的吸附过程,而吸附动力学研究表明该吸附过程符合准二级动力学模型.     

甲基三甲氧基硅烷对块状SiO_2气凝胶性能和结构的影响

以正硅酸乙酯(tetraethoxysilane,TEOS)为硅源,甲基三甲氧基硅烷(methyltrimethoxysilane,MTMS)为改性剂,无水乙醇(ethanol,EtOH);为溶剂,通过溶胶-凝胶法制备了SiO2湿凝胶,并经过超临界干燥得到了SiO2气凝胶.利用N2吸脱附测试、红外光谱、热重-差热分析、扫描电镜,高分辨透射电镜、接触角测试等手段对气凝胶的基本性能、表面基团、热稳定性、微观形貌结构进行了研究.结果表明:以TEOS,MTMS,EtOH, H2O的摩尔比为1:0.3:15:4制得的改性气凝胶为轻质疏水块状固体材料,密度为0.1g/cm3,比表面积为1070m2/g,孔隙率为95.5%.经MTMS改性后SiO2气凝胶的比表面积、孔体积和孔隙率更大,密度吏低,其疏水耐温性从250℃提高到500℃以上.     

纳米介孔SiO2气凝胶的常压干燥制备及表征

以工业水玻璃为硅源,分别用二甲基氯硅烷[（CH3）3SiCl,TMCS]／六甲基二硅醚[（CH3）3Si—OSi（CH3）3,HMDSO]和乙醇（CHaCH20H,EtOH）／TMCS／庚烷（C7H16）溶液对SiO2水凝胶进行溶剂交换和表面改性处理。通过TMCS与水凝胶中孔隙水和表面—OH基团之间的反应,使对水凝胶的溶剂交换和表面改性在一步同时完成,在常压干燥条件下合成了SiO2气凝胶。利用电子显微镜和Brunauer—Emmett—Teller法对气凝胶的微观结构和形貌进行了研究。结果表明：用EtOH／TMCS／C,H16和TMCS／HMDSO溶液均可获得具有海绵状结构的纳米介孔SiO2气凝胶;而用EtOH／TMCS／C7H16溶液对水凝胶进行改性处理更有利于获得均匀的大块气凝胶。所得SiO2气凝胶比表面积约为559～685m^2／g,密度为0．128～0．141g／cm^3。Fourier转换红外光谱分析表明：凝胶表面—OH基团已被改性为—O—SiCH3,表面呈现出明显的疏水性。     

新型RF炭气凝胶微球的制备及结构表征

以间苯二酚和甲醛为原料，在催化剂和表面活性剂的作用下经溶胶-凝胶、超临界干燥、炭化等过程合成一种新型的炭气凝胶微球。采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、低温氮吸附（BET）等表征了炭气凝胶微球的微观形貌、结构。研究结果表明：炭气凝胶微球具有规整的球形度，骨架结构为纳米网络结构，孔径集中分布在3．5nm左右，微球直径≤40μm，比表面积为555m^2／g。     

制备条件对疏水SiO2气凝胶结构和性能的影响

以价廉的水玻璃为原料,通过六甲基二硅氧烷和三甲基氯硅烷混合改性剂对制备的SiO2水凝胶进行表面改性,避免了溶剂交换,并常压干燥得到疏水的SiO2气凝胶.研究了改性剂用量对气凝胶疏水性和结构的影响.疏水气凝胶与水的接触角在100～130°范围内.常压干燥制备的气凝胶具有典型的气凝胶结构特征,孔洞尺寸、密度和比表面积分别在5～6.5 nm,100～160 kg/m3和500～720 m2/g范围内,颗粒尺寸小于100 nm.疏水气凝胶在空气和氮气中的热稳定性分别为284 ℃和490 ℃.     

两步法常压制备SiO2气凝胶

通过对正硅酸乙酯的两步水解-缩聚反应速率的调控,使生成的醇凝胶具有比较完整的网络结构,经过老化,改善和增强凝胶的结构和强度,配合依次丙酮、正己烷溶剂替换,经过表面修饰,在常压干燥下制备了SiO2气凝胶,并采用SEM、XRD、BET、傅里叶变换红外光谱仪、激光粒度分析仪等手段对所得气凝胶样品进行表征;BET和SEM测试结果表明,所制备的SiO2气凝胶具有大的比表面和纳米多孔结构,XRD进一步表明是非晶形,激光粒度仪测试表明其体积平均粒径<20μm,为介孔结构.     

等离子体化学气相沉积法合成石英玻璃

用高频等离子体作为热源,采用化学气相沉积法合成了石英玻璃样品.实验分别使用02和空气作为等离子体电离气体和冷却保护气体,改变等离子体电离工作气体种类时,等离子体火焰长度和石英玻璃沉积温度变化较大,而灯具冷却保护气体的改变对等离子火焰长度和石英玻璃沉积温度的影响不大.当等离子体电离气体和灯具保护气体均为O2时,等离子体火焰长度为12cm,石英基体温度为1 300℃,当等离子体电离气体和灯具保护气体均为空气时,等离子体火焰长度可达24cm,石英基体温度升高到l 840℃,可确保气相沉积过程进行,合成的石英玻璃在波长190nm处光透过率达84%,羟基含量3.5×10-6,可达到全光谱透过的要求.