块状SiO 2 气凝胶与TiO 2 /SiO 2 复合气凝胶的制备及性能研究
发布时间：2021-01-02 09:00
SiO2及其复合气凝胶因其特殊的孔结构、极低的密度和较大的比表面积而被广泛应用于各个领域。但受到干燥方法的限制未能实现大范围使用,单一的SiO2气凝胶应用也有限。本文以正硅酸乙酯（TEOS）和钛酸四丁酯（TnBT）为原料,去离子水和无水乙醇为溶剂,盐酸、氨水和甲酰胺为催化剂,通过酸/碱两步溶胶-凝胶法制得S沿O2及TiO2/SiO2复合醇凝胶,经过老化、溶剂置换等后续工艺,在亚临界条件下干燥制备得到了块状透明的SiO2气凝胶,并和常压干燥、冷冻干燥进行对比分析。采用 SEM、TEM、XRD、BET、TG-DSC、FTIR、TG-DSC 等对气凝胶进行了表征。并将制备的TiO2/SiO2复合气凝胶用于紫外光催化降解甲基橙。结果表明:（1）采用常压干燥制备得到的SiO2气凝胶为无定形结构,成块性差。比表面积为 446.18-816.34m2/g,密度为 0.274-0.453g/cm3,孔隙率为 79.3%-87.5%,孔容比较小,密度大,平均孔径分布在2-4nm之间。（2）采用冷冻干燥制备得到的气凝胶为无定形结构,成块性较差。比表面积为623.89-888.88m2/g,平均孔径分布在8...
【文章来源】：海南大学海南省 211工程院校
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１．?Ｓｉ０２气凝胶的立体结构示意图（王宏震，２０１４）??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?Ｓｉ〇２?ａｅｒｏｇｅｌ??
内部基团含有很大浓度的羟基。Ｍ络交联还不完善，内部大量的硅羟基还在脱水缩??合，骨架结构正在一步一步地加强。老化的过程是…个增强内部结构，减少内部羟??基的过程。此过程如图１．２所示，凝胶内部相邻的羟基脱水缩合，形成Ｓｉ－０－Ｓｉ，其??占据的空间比两个Ｓｉ－ＯＨ要小，因此在凝胶老化阶段会有液体从空隙中排出。由于??羟基具有亲水性，在干燥的时候存在大量的羟基会导致内部液体表面张力增大，从??而使凝胶在干燥的时候开裂收缩。因此，老化的过程对于凝胶后续的干燥有很大帮??助，也是制备气凝胶中比较重要的一个步骤。??图１．２?Ｓｉ（＞２凝胶内部脱水收缩（史非，２００７）??Ｆｉ＾．１．２?Ｓｙｎｅｒｃｓｉｓ?ｉｎ?ｓｉｌｉｃａ?ｇｅｌ??５??
中可以看出，液体的表面张力和毛细管压力呈正相关关系。因此溶剂的选择也极其??的重要，想要釆用普通的方法将孔隙内部的溶剂去除，则需要将毛细管张力考虑进??去。图１．３是弯曲液面的毛细管压力示意图。??ｒ２ｒ?Ｇｌａｓｓ?￣￣??Ｍｅｎｉｓｃｕｓ??Ｓｕｒｆａｃｅ?Ｔｅｎｓｉｏｎ???Ｉ??图１．３弯曲液面的毛细管压力示意图（Ｋｒａｕｍｅ?Ｉ?Ｍｅｔａｌ．?２００２）??Ｆｉｇ．１．３?Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃａｐｉｌｌａｒｙ?ｆｏｒｃｅｓ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｍｅｎｉｓｃｕｓ??在气凝胶的干燥中，毛细管压力可以达到１００－２００Ｍｐａ，加上Ｓｉ０２气凝胶颞部??孔隙率比较高，若不想办法消除表面张力在干燥期间气凝胶的孔结构将会被完全破??坏掉，这也是气凝胶制备中的难点之一。因此选择适合的干燥方法对于所制备的气??凝胶性质至关重要。目前常用的干燥方法有：超临界干燥法、亚临界干燥法、冷冻??干燥法、常压干燥法等。??１．４．１超临界干燥??超临界干燥技术在上世纪３０年代被首先提出，并在往后的五六十年里逐渐发展??完善（Ｔｉｔｕｌａｒｅｅｔａｌ．１９９４）。超临界干燥技术在后来的发展中被逐渐发展完善
【参考文献】：
期刊论文
[1]氧化铝气凝胶的合成与性能[J]. 杨景锋,王齐华,王廷梅. 无机材料学报. 2018(03)
[2]干燥溶剂介质对常压制备SiO2气凝胶的影响[J]. 卢斌,周强,宋淼,魏琪青,黄欢. 中南大学学报(自然科学版). 2012(07)
[3]常压干燥法制备TiO2气凝胶[J]. 胡久刚,陈启元,李洁,卢斌,李鹏举. 无机材料学报. 2009(04)
[4]低折射率纳米多孔二氧化硅薄膜的疏水性[J]. 姚兰芳,鲁凤芹,岳春晓,沈军,吴广明. 硅酸盐学报. 2008(02)
[5]二氧化硅气凝胶的制备和应用研究[J]. 同小刚,王芬,冯海涛,安世武. 材料导报. 2006(S1)
[6]非超临界干燥法制备块状SiO2气凝胶[J]. 林高用,张栋,卢斌. 中南大学学报(自然科学版). 2006(06)
[7]含湿多孔介质的干燥特性[J]. 郑阳,廖传华,黄振仁. 机电信息. 2006(04)
[8]气凝胶光催化剂的研究进展[J]. 王玉栋,甘礼华,郝志显,陈龙武. 化工科技. 2005(03)
[9]气凝胶的制备及其在催化领域的应用[J]. 郝利峰,高志华,阴丽华,黄伟. 天然气化工. 2005(01)
[10]SiO2气凝胶的非超临界干燥法制备及其形成过程[J]. 陈龙武,甘礼华,侯秀红. 物理化学学报. 2003(09)
博士论文
[1]块状SiO2气凝胶与TiO2/SiO2复合气凝胶的常压制备及性能研究[D]. 孙丰云.成都理工大学 2016
[2]二氧化硅气凝胶研制及其结构性能研究[D]. 郑文芝.华南理工大学 2010
[3]低密度SiO2及其复合气凝胶的制备与特性研究[D]. 任洪波.中国工程物理研究院 2010
[4]常压干燥制备SiO2气凝胶及其结构、性能研究[D]. 史非.大连理工大学 2007
硕士论文
[1]硅溶胶制备纳米孔硅气凝胶的研究[D]. 王阳军.长安大学 2008
本文编号：2953068
【文章来源】：海南大学海南省 211工程院校
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１．?Ｓｉ０２气凝胶的立体结构示意图（王宏震，２０１４）??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?Ｓｉ〇２?ａｅｒｏｇｅｌ??
内部基团含有很大浓度的羟基。Ｍ络交联还不完善，内部大量的硅羟基还在脱水缩??合，骨架结构正在一步一步地加强。老化的过程是…个增强内部结构，减少内部羟??基的过程。此过程如图１．２所示，凝胶内部相邻的羟基脱水缩合，形成Ｓｉ－０－Ｓｉ，其??占据的空间比两个Ｓｉ－ＯＨ要小，因此在凝胶老化阶段会有液体从空隙中排出。由于??羟基具有亲水性，在干燥的时候存在大量的羟基会导致内部液体表面张力增大，从??而使凝胶在干燥的时候开裂收缩。因此，老化的过程对于凝胶后续的干燥有很大帮??助，也是制备气凝胶中比较重要的一个步骤。??图１．２?Ｓｉ（＞２凝胶内部脱水收缩（史非，２００７）??Ｆｉ＾．１．２?Ｓｙｎｅｒｃｓｉｓ?ｉｎ?ｓｉｌｉｃａ?ｇｅｌ??５??
中可以看出，液体的表面张力和毛细管压力呈正相关关系。因此溶剂的选择也极其??的重要，想要釆用普通的方法将孔隙内部的溶剂去除，则需要将毛细管张力考虑进??去。图１．３是弯曲液面的毛细管压力示意图。??ｒ２ｒ?Ｇｌａｓｓ?￣￣??Ｍｅｎｉｓｃｕｓ??Ｓｕｒｆａｃｅ?Ｔｅｎｓｉｏｎ???Ｉ??图１．３弯曲液面的毛细管压力示意图（Ｋｒａｕｍｅ?Ｉ?Ｍｅｔａｌ．?２００２）??Ｆｉｇ．１．３?Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃａｐｉｌｌａｒｙ?ｆｏｒｃｅｓ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｍｅｎｉｓｃｕｓ??在气凝胶的干燥中，毛细管压力可以达到１００－２００Ｍｐａ，加上Ｓｉ０２气凝胶颞部??孔隙率比较高，若不想办法消除表面张力在干燥期间气凝胶的孔结构将会被完全破??坏掉，这也是气凝胶制备中的难点之一。因此选择适合的干燥方法对于所制备的气??凝胶性质至关重要。目前常用的干燥方法有：超临界干燥法、亚临界干燥法、冷冻??干燥法、常压干燥法等。??１．４．１超临界干燥??超临界干燥技术在上世纪３０年代被首先提出，并在往后的五六十年里逐渐发展??完善（Ｔｉｔｕｌａｒｅｅｔａｌ．１９９４）。超临界干燥技术在后来的发展中被逐渐发展完善
【参考文献】：
期刊论文
[1]氧化铝气凝胶的合成与性能[J]. 杨景锋,王齐华,王廷梅. 无机材料学报. 2018(03)
[2]干燥溶剂介质对常压制备SiO2气凝胶的影响[J]. 卢斌,周强,宋淼,魏琪青,黄欢. 中南大学学报(自然科学版). 2012(07)
[3]常压干燥法制备TiO2气凝胶[J]. 胡久刚,陈启元,李洁,卢斌,李鹏举. 无机材料学报. 2009(04)
[4]低折射率纳米多孔二氧化硅薄膜的疏水性[J]. 姚兰芳,鲁凤芹,岳春晓,沈军,吴广明. 硅酸盐学报. 2008(02)
[5]二氧化硅气凝胶的制备和应用研究[J]. 同小刚,王芬,冯海涛,安世武. 材料导报. 2006(S1)
[6]非超临界干燥法制备块状SiO2气凝胶[J]. 林高用,张栋,卢斌. 中南大学学报(自然科学版). 2006(06)
[7]含湿多孔介质的干燥特性[J]. 郑阳,廖传华,黄振仁. 机电信息. 2006(04)
[8]气凝胶光催化剂的研究进展[J]. 王玉栋,甘礼华,郝志显,陈龙武. 化工科技. 2005(03)
[9]气凝胶的制备及其在催化领域的应用[J]. 郝利峰,高志华,阴丽华,黄伟. 天然气化工. 2005(01)
[10]SiO2气凝胶的非超临界干燥法制备及其形成过程[J]. 陈龙武,甘礼华,侯秀红. 物理化学学报. 2003(09)
博士论文
[1]块状SiO2气凝胶与TiO2/SiO2复合气凝胶的常压制备及性能研究[D]. 孙丰云.成都理工大学 2016
[2]二氧化硅气凝胶研制及其结构性能研究[D]. 郑文芝.华南理工大学 2010
[3]低密度SiO2及其复合气凝胶的制备与特性研究[D]. 任洪波.中国工程物理研究院 2010
[4]常压干燥制备SiO2气凝胶及其结构、性能研究[D]. 史非.大连理工大学 2007
硕士论文
[1]硅溶胶制备纳米孔硅气凝胶的研究[D]. 王阳军.长安大学 2008
本文编号：2953068
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