常压干燥法制备TiO2气凝胶

以钛酸丁酯为原料, 乙酸为有机配体, 甲酰胺为干燥控制化学添加剂(DCCA), 采用溶胶-凝胶法和溶剂置换等后续工艺, 实现了块状TiO₂气凝胶催化剂的常压干燥法制备, 并考察了有机配体对气凝胶结构性能的影响。采用XRD、BET、SEM、EDS及DSC-TG对样品进行表征。结果表明: 当有机配体与钛酸丁酯物质的量之比为0.9时, 制备的样品性能最佳, 该TiO₂气凝胶样品为非晶态, 表观密度为0.25 g·cm^-3, 比表面积716.5 m²·g^-1, 平均孔径19.1 nm; 在850℃大气气氛下热处理2 h后, 比表面积为122.4 m²·g^-1, 平均孔径23.4 nm, 具有较高光催化活性; 经1000℃热处理后, TiO₂晶型仍为锐钛矿相, 热稳定性较好, 光催化活性有所降低。未采用有机配体制备的TiO₂气凝胶表观密度为0.57 g·cm^-3, 比表面积为482.2 m²·g^-1。有机配体的使用更有利于制备出表观密度较小、比表面积较高的TiO₂气凝胶。     

TMCS/HMDSO混合改性剂对常压制备SiO2气凝胶的影响

以TEOS为硅源,TMCS/HMDSO为混合表面改性剂,采用酸碱两步催化溶胶-凝胶法和常压干燥法制备疏水性SiO2气凝胶,并借助BET、SEM、FT-IR等测试手段对样品进行表征。结果表明:TMCS/HMDSO混合改性剂的改性效果优于单一改性剂,当TMCS体积分数为混合表面改性剂的60%,改性温度为60℃时,制备的SiO2气凝胶具有较佳的综合性能,密度为0.1213g·cm-3,比表面积高达899.8m2·g-1,孔容为2.856cm3·g-1。     

热处理温度对TiO2/SiO2复合气凝胶光催化性能的影响

采用溶胶–凝胶法在常压下经不同温度热处理制备了TiO2/SiO2复合气凝胶光催化剂,利用XRD、TGA和BET等手段对其微观结构进行表征,以甲基橙溶液光催化降解实验评价其光催化性能,研究了热处理温度对TiO2/SiO2复合气凝胶的微观结构及光催化性能影响规律.结果表明:随着热处理温度升高,TiO2/SiO2复合气凝胶中锐钛矿结晶度升高,晶粒尺寸增大,比表面积减小,使TiO2/SiO2复合气凝胶对甲基橙溶液的光催化降解活性呈现先升后降的变化趋势.当热处理温度为700℃左右,紫外光照20 min TiO2/SiO2复合气凝胶对甲基橙溶液的降解率达到95.4%.     

常压干燥制备疏水SiO2气凝胶的影响因素分析

常压干燥制备SiO2气凝胶是近年来该领域的研究重点,工艺条件的优化是提高气凝胶性能的关键。以正硅酸乙酯为硅源,甲基三乙氧基硅烷为共前驱体,采用溶胶-凝胶法,结合老化和三甲基氯硅烷-正己烷-无水乙醇混合溶液的二次表面改性,通过常压干燥工艺制备疏水SiO2气凝胶。利用BET,FT-IR,SEM,TEM和接触角测试等手段对气凝胶进行表征,系统研究水解时间、老化时间、老化温度和改性剂用量对气凝胶性质的影响。结果表明:水解16h,凝胶于55℃下老化48h后,在三甲基氯硅烷与正硅酸乙酯的摩尔比为1.56的混合液下改性48h制备的SiO2气凝胶的性能最好,其孔隙率92%,比表面积969m2/g,接触角达157°。     

工业水玻璃制备疏水性SiO2气凝胶

以工业水玻璃为硅源,稀H2SO4为催化剂,三甲基氯硅烷(TMCS)为表面改性剂,无水乙醇和正己烷为溶剂,在常温常压下通过"两步法"成功地制备出轻质疏水性SiO2气凝胶。通过BET、FTIR、接触角测试以及SEM、EDS和TG等手段证实,所得SiO2气凝胶的比表面积为512.44~737.19m2/g,平均孔径为15.19~19.09nm,且凝胶表面-OH基团已被-OSiCH3取代,接触角高达137°,呈现出明显的疏水性和良好的热稳定性。     

常压干燥制备SiO2气凝胶的研究

以水玻璃为硅源,采用常压干燥制备了SiO2气凝胶。研究了老化时间、老化剂种类、干燥溶剂种类以及表面改性对SiO2气凝胶结构和性能的影响。结果表明:制得的SiO2气凝胶具有良好的疏水性,密度为0.082g/cm3,孔隙率为96.26%,比表面积达到585.4m2/g。采用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外分析(FT-IR)、热重分析(TG)、差热分析(DTA)等对疏水型气凝胶的结构和性能进行了研究。     

干燥方式对SiO2/TiO2减反膜性能的影响

用溶胶-凝胶法在清洁的K9玻璃表面成功制备了均匀透明的纳米SiO2/TiO2复合减反射薄膜。分别采用远红外干燥、真空干燥、冷冻干燥、微波干燥等不同的干燥方式和不同干燥时间对同一薄膜进行热处理,系统地研究了不同干燥方式、温度、时间对薄膜的粗糙度、表面形貌及透射率的影响。结果表明,薄膜的最佳干燥条件为真空干燥箱160℃,干燥10h。     

常压干燥制备SiO2气凝胶复合材料研究进展

SiO_2气凝胶复合材料具有低密度、低热导、高强度等优异性能,已在航空航天、石油化工、建筑保温等领域获得较好应用。然而现有成熟的超临界干燥制备SiO_2气凝胶复合材料工艺需要维持高温、高压条件,能耗高、危险性大且设备复杂,常压干燥制备工艺由于所需条件温和、设备简单,有望实现连续性规模化生产。本文结合国内外关于常压干燥制备SiO_2气凝胶复合材料的研究进展,按照颗粒、纤维等增强相的不同,对常压干燥制备SiO_2气凝胶复合材料进行综述并对其未来发展方向进行了展望。     

PMMA/SiO2复合气凝胶的研制

利用溶胶-凝胶技术和超临界干燥技术,制备了PMMA/SiO2复合气凝胶,并对气凝胶样品进行了表征。     

SiO2-TiO2两元气凝胶的制备及其结构表征

SiO2-TiO2两元气凝胶是一种新型纳米光催化氧化剂。本文以正硅酸乙酯（TEOS）、钛酸丁酯为原料,以乙醇为溶剂,分别以HNO3、醋酸为催化剂用溶胶－凝胶法经超临界干燥制备出了SiO2-TiO2两元气凝胶。研究了不同催化剂以及SiO2:TiO2不同配比等制备因素对溶胶－凝胶过程的影响。用BET、XRD、SEM等测试方法对其结构进行了研究,结果表明：所制备的SiO2-TiO2两元气凝胶具有大比表面积（600m^2g^-1),纳米多孔结构（骨架颗料约为30－50nm, 孔洞尺寸为几十nm);经乙醇超临界干燥所得的TiO2为锐钛矿型;所制备的SiO2-TiO2两元气凝胶比纯TiO2气凝胶骨架结构强度得到明显增强。     

纤维增强SiO2气凝胶复合材料压缩性能和变形机制

根据热防护系统的特征载荷, 研究了气凝胶的室温、高温压缩和压缩蠕变性能。研究表明纤维增强SiO₂气凝胶的压缩曲线可划分为三个阶段: 线性阶段、屈服阶段和密实化阶段。相比纯气凝胶, 该材料具有较高的强度、良好的断裂韧性。该材料存在明显的室温和高温蠕变行为。室温条件下240 h内的蠕变历程可划分为三个阶段, 在168 h以后蠕变变形量达到稳定状态, 基本不再继续增加。对比试样在试验前、热处理后和蠕变试验后的显微结构发现, 气凝胶基体的密实化是加热后试样收缩和影响气凝胶蠕变性能的主要因素。     

疏水性聚酰亚胺增强SiO2气凝胶复合材料的制备与表征

采用化学交联、溶胶-凝胶和表面改性的方法,制得疏水性聚酰亚胺（PI）增强SiO₂气凝胶复合材料。以均苯四甲酸二酐（PMDA）和4’,4’-二氨基二苯醚（ODA）为聚合单体,3-氨丙基-三己氧基硅烷（APTES）为封端剂,合成APTES封端的聚酰亚胺,与正硅酸乙酯（TEOS）混合形成前驱体。采用酸碱两步催化凝胶、湿凝胶依次进行表面疏水改性、溶液置换及CO₂超临界干燥,得到聚酰亚胺增强SiO₂气凝胶复合材料样品。利用FTIR、SEM、比表面积测试仪、万能材料试验机、接触角分析仪等表征样品的化学组成、微观形貌、孔结构、力学性能及疏水性能等。结果表明：PI质量分数为6wt%的样品密度为0.124 g/cm³,比表面积为724 m²/g,平均孔径尺寸为14 nm,接触角为134°,抗压强度为0.295 MPa。20wt%含量的PI增强SiO₂气凝胶样品抗压强度为0.556 MPa。     

纳米纤维素增强SiO2气凝胶力学性能与微观结构

为克服SiO₂气凝胶强度低、易破碎等缺点,通过原位溶胶-凝胶法制备纳米纤维素（CNF）增强SiO₂气凝胶,并对SiO₂气凝胶的化学结构、微观形貌和力学、物理性能进行表征分析,探讨了CNF对SiO₂气凝胶力学性能的增强机制。结果表明：CNF独特的纳米级网络结构可增强SiO₂颗粒之间的联结强度;Si-OH（960 cm^-1）和Si-O-Si（1 225 cm^-1、1 056 cm^-1和800 cm^-1）等特征吸收峰的出现表明,CNF与SiO₂之间形成稳定的化学键联结;采用不同含量CNF气凝胶作为SiO₂增强相均可达到增强力学性能的效果,同时仍能保持SiO₂气凝胶本身质轻、高孔隙率、高比表面积等特性;当以CNF质量分数为6wt%的溶液制备气凝胶时,CNF增强SiO₂气凝胶具有最优的力学性能,压缩模量和压缩强度分别为12.43 MPa和2.59 MPa。     

Solar photocatalytic degradation of 2-sec-butyl-4,6-dinitrophenol (DNBP) using TiO2/SiO2 aerogel composite photocatalysts

Silica aerogels and TiO₂/silica aerogel composite photocatalysts were synthesized by sol–gel technique at ambient pressure using orthosilioate and tetra-n-butyl titanate as precursors, respectively. The prepared composite photocatalysts were characterized by XRD, TEM, BET surface area, FT-IR and UV–vis absorption spectra. The results showed that the TiO₂/silica aerogel composite photocatalysts possess high surface area. The addition of silica aerogels inhibited the grain growth and phase transformation of anatase to rutile during calcination. The TiO₂/silica aerogel composite sample calcined at 500 °C with an optimal silica aerogel content of 7 wt.% afforded the highest photocatalytic activity. The photocatalytic degradation of 2-sec-butyl-4,6-dinitrophenol (DNBP) was investigated by using this novel TiO₂/silica aerogel composite photocatalyst under solar light irradiation. The effects of irradiation time, pH, catalyst concentration, temperature and initial DNBP concentration were examined as operational parameters. The optimal operational parameters were found as follows: pH as solution pH 4.82, 8 g L⁻¹ catalyst concentration, 20 °C, and 240 min irradiation time. The kinetics of DNBP degradation by TiO₂/silica aerogel composite fit well a pseudo-first-order kinetic model. The repeatability of photocatalytic activity was also tested. This study showed the feasible and potential use of TiO₂/silica aerogel composite photocatalysts in degradation of toxic organic contaminants.     

高疏水氟化SiO2/聚醚砜复合膜的制备与表征

以正硅酸乙酯（TEOS）和全氟癸基三乙氧基硅烷（PFDTES）为混合Si源,以聚醚砜（PES）为基膜材料,通过真空过滤和热处理工艺制备单侧高疏水氟化SiO₂/PES（fSiO₂/PES）复合膜。通过ATR-FTIR、XPS、TEM和FESEM等对单侧高疏水fSiO₂/PES复合膜进行表征,考察PFDTES修饰量和热处理条件对膜疏水性能的影响,并评价fSiO₂/PES复合膜的疏水稳定性能。结果表明,当PFDTES:TEOS的质量比为3时,高疏水fSiO₂/PES复合膜的疏水性能较好（接触角为131.5°）;当热处理温度为100℃,热处理时间为4 h时,高疏水fSiO₂/PES复合膜表面的接触角为138.9°,且其对不同pH值的溶液都有良好的疏水性能。      

Preparation of SiO2/TiO2 composite fibers by sol-gel reaction and electrospinning

Submicron scale composite fibers of SiO₂/TiO₂ with various compositions have been prepared by electrospinning a sol-gel precursor of tetraethyl orthosilicate(TEOS) and titanium(IV) isopropoxide(TiP), followed by calcination. Any gelator or binder has not been used in this direct preparation process for composite fibers, and the maximum amount of titania for suitable fiber formation was about 50 mol%. The sintered composite fibers were characterized using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy. Our results show that the surface morphology and crystallization behavior of electrospun fibers are largely influenced by the calcination temperature and the content of TiO₂. XRD results also reveal that the anatase phase in composite fibers can be preserved even after high temperature processing at lower content (x = 0.1, 0.2) of titania.     

TiO2/Bi2WO6复合光催化剂的制备及光催化性能研究

TiO₂/Bi₂WO₆异质结是当前最具潜力的一种可见光响应半导体光催化剂。以富含缺陷的TiO2纳米带为基体,采用水热法,诱导Bi2WO6在基体缺陷位点进行异质生长,从而合成具有异质结构的TiO₂/Bi₂WO₆复合材料。利用XRD、SEM、UV-Vis等技术,分析了基体表面缺陷、Bi2WO6负载量对TiO₂/Bi₂WO₆复合材料微观结构和性能的影响。结果表明,在基体表面引入缺陷,可以使TiO₂/Bi₂WO₆复合材料在可见光下对有机污染物Rh B的降解速率提高约50%。Bi2WO6负载量为0.12时的TiO₂/Bi₂WO₆复合材料,在可见光下,辐照6 min后对Rh B的降解率达99.3%,辐照30 min后对MB的降解率达99.7%,辐照15 min后对TC-HCl的降解率达87.7%。     

SiO2/TiO2 thin films with variable refractive index prepared by ion beam induced and plasma enhanced chemical vapor deposition

SiO₂/TiO₂ optical thin films with variable compositions have been prepared by ion beam induced and plasma enhanced chemical vapour deposition (IBICVD and PECVD). While the films obtained by IBICVD were very compact, the PECVD ones with a high content of Ti presented a columnar microstructure. The formation of Si–O–Ti bonds and a change in the environment around titanium from four- to six-coordinated has been proved by vibrational and X-ray absorption spectroscopies. The refractive index increased with the titanium content from 1.45 to 2.46 or 2.09 for, respectively, the IBICVD and PECVD films. Meanwhile, the band gap decreased, first sharply and then more smoothly up to the value of pure TiO₂. It is concluded that the optical properties of SiO₂/TiO₂ thin films can be properly tailored by using these two procedures.