双峰孔硅铝胶球的制备及其调湿性能研究

发布时间：2017-09-08 21:51

  本文关键词：双峰孔硅铝胶球的制备及其调湿性能研究

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【摘要】：室内的空气质量直接关系到人们的身体健康,环境参数也是研究者关注的焦点,其中环境的相对湿度是重要的参数之一,相对湿度的波动变化影响到产品的生产、物品的存放、能源的消耗等等。相对湿度在40%-60%RH的范围时,无论对人还是对物品都是最佳的选择。实施开展调湿材料的研究,对于提高人们的生活质量、保护生态的平衡、维持生态环境的和谐、促进可持续发展都具有重要的意义。本研究根据纺织品文物的特殊存放要求,充分利用硅铝胶的双峰孔结构的特点,制备出具有球形宏观外貌的高效调湿剂,测试其调湿性能,得出预处理湿度与目标湿度的关系。本研究以正硅酸乙酯(TEOS)、九水硝酸铝((Al NO_3)_3·H_2O)分别为硅源、铝源,通过溶胶凝胶(Sol-Gel)法,并在聚乙二醇(PEG)为相诱导剂和以液体石蜡(Liquid Paraffin)和1,2-二氯丙烷(1,2-Dichloropropane)为共溶剂的作用下来制备具有双峰孔结构的硅铝胶球。大孔的结构可以为水分子的运输提高通道,加快硅铝胶调湿剂对湿度的响应;介孔的存在提高了材料的比表面积,增大了调湿剂的湿含量。通过热场发射扫描电镜(FESEM)、红外分析(FTIR)、物理吸附测试(N2 Adsorption Isotherm)、压汞分析(Mercury Porosimetry)、热重分析(TG-DTA)、铝的魔角旋转核磁共振分析(27Al MAS NMR)等手段表征了硅铝胶球的外观宏貌和微观结构特征,并测试硅铝胶球在特定的目标湿度环境下预处理之后,在高湿和低湿环境下的吸放湿性能。主要研究结果如下:(1)由通过溶胶凝胶法、相分离技术制备出的硅铝胶球的测试结果可知:铝元素能够均匀地分布在硅的骨架上,Si-O-Al化学键的形成不仅提高了硅铝胶的热稳定性,而且增大了硅铝胶的湿含量,当聚乙二醇的分子量为10000、煅烧温度为500oC、Si/Al=9.99时双峰孔硅铝胶球的调湿性能最佳,将在特定的相对湿度(40%RH、50%RH、60%RH)下预处理后可以在3h内将高低湿环境的相对湿度控制在39.3%-40.3%RH、47.6%-50.7%RH、57.2%-60.7%RH之间的范围。(2)采用含有NH~(4+)离子的盐溶液(NH_4NO_3、CH_3COONH_4、NH-3·H_2O)对硅铝胶球进行改性扩孔处理。结果表明:用氨水改性后的硅铝胶球的介孔可以增大到9.068nm,但比表面积由620.257m2·g-1下降到253.558m2·g-1,只能将预处理湿度为50%RH的目标湿度控制在45.5%-52.3%RH范围之内;与未改性的硅铝胶相比,用硝酸铵改性得到的硅铝胶球,其孔径、比表面积分别增大到2.847nm、718.401m2·g-1,但吸放湿性能却有所降低;用醋酸铵改性后的硅铝胶球的比表面积增大到826.767m2·g-1,四配体铝的比例最大,可以将目标湿度控制在48.5%-50.4%RH之间,目标湿度的波动范围由4%降到2%。本文制备的双峰孔结构的硅铝胶球调湿剂具有结构稳定、制备工艺简单、调湿性能优异、重复循环利用性好等特点。
【关键词】：硅铝胶球 双峰孔 调湿性能 改性
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 引言10-11
• 1.2 湿度调节的重要性11
• 1.3 相对湿度波动对纺织品文物的危害11-12
• 1.4 控制相对湿度的波动对于纺织品文物保护的重要性12
• 1.5 调湿材料概况12-18
• 1.5.1 调湿材料的国内外研究进展12-15
• 1.5.2 调湿材料的工作原理15-16
• 1.5.3 调湿材料的性能评价指标16-17
• 1.5.4 调湿材料的分类17-18
• 1.6 硅铝胶的概况18-19
• 1.7 选题的目的及意义19-20
• 1.8 研究的技术方案和路线、技术重点与创新点20-22
• 1.8.1 研究技术方案和路线20
• 1.8.2 技术的重点、难点20-21
• 1.8.3 技术创新点21-22
• 第二章 多孔硅铝胶的制备及其性能研究22-39
• 2.1 引言22
• 2.2 实验部分22-24
• 2.2.1 实验原料及其来源22-23
• 2.2.2 实验仪器23
• 2.2.3 硅铝胶样品的制备23
• 2.2.4 样品的表征23-24
• 2.3 结果与讨论24-39
• 2.3.1 硅铝胶双峰孔结构形成的机理24-25
• 2.3.2 硅铝胶制备的工艺探索25-26
• 2.3.3 FESEM和EDS分析26-27
• 2.3.4 氮的吸附脱附分析27-28
• 2.3.5 大孔和双峰的结构28-29
• 2.3.6 红外分析29-30
• 2.3.7 热重分析30-31
• 2.3.8 XRD分析31
• 2.3.9 扫描电镜分析31-37
• 2.3.10 硅铝胶吸放湿率的测定37
• 2.3.11 小结37-39
• 第三章 多孔硅铝胶球的制备及其调湿性能研究39-52
• 3.1 引言39
• 3.2 实验部分39-42
• 3.2.1 实验原料及其来源39-40
• 3.2.2 实验仪器40
• 3.2.3 双峰孔硅铝胶球的制备40-41
• 3.2.4 样品性能表征41-42
• 3.3 结果与讨论42-52
• 3.3.1 扫描电镜分析42-44
• 3.3.2 氮气吸附-脱附分析44-45
• 3.3.3 傅里叶红外光谱分析45-46
• 3.3.4 热重分析46-47
• 3.3.5 X射线衍射分析47-48
• 3.3.6 固体核磁共振分析48-49
• 3.3.7 调湿性能分析（目标湿度范围，，湿容量，吸放湿速率）49-50
• 3.3.8 小结50-52
• 第四章 硅铝胶的改性及其调湿性能研究52-60
• 4.1 引言52-53
• 4.2 实验部分53-55
• 4.2.1 实验原料及其来源53
• 4.2.2 实验仪器53-54
• 4.2.3 双峰孔硅铝胶球的改性处理54
• 4.2.4 样品性能表征54-55
• 4.3 结果与讨论55-60
• 4.3.1 扫描电镜分析55-56
• 4.3.2 氮气的吸脱附曲线56-57
• 4.3.3 固体核磁分析57-58
• 4.3.4 吸放湿性能分析58
• 4.3.5 小结58-60
• 第五章 总结与展望60-62
• 5.1 总结60
• 5.2 展望60-62
• 参考文献62-71
• 攻读硕士期间取得与学位论文直接相关的成果71-73
• 致谢73

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本文编号：816538