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《华中科技大学》 2012年
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低密度高比表面积SiO_2气凝胶的常压制备

吕雅楠  
【摘要】:SiO_2气凝胶是一种结构可控的轻质纳米多孔材料,具有超低密度、高比表面积、高孔隙率和低热导率等特点,在保温隔热、声阻抗耦合、废气废水处理和催化剂及催化剂载体等领域有着广泛的应用价值。传统方法制备的SiO_2气凝胶含有大量吸水基团,在空气中易吸水破裂,影响其使用性能;另外,采用超临界干燥技术不仅提高了SiO_2气凝胶的制备成本,也不利于SiO_2气凝胶的规模化生产。 本文以正硅酸乙酯为先驱体,通过酸碱两步溶胶-凝胶法制备了SiO_2气凝胶,利用六甲基二硅氮烷(HMDZ)对湿凝胶进行表面疏水改性以期改善吸水易碎,采用常压干燥技术以降低气凝胶的制备成本。同时,对SiO_2气凝胶的掺杂研究也进行了初步探讨。在制备SiO_2气凝胶的过程中,设计了四因素三水平正交试验研究了各因素对其不同性能的影响,并从对正交试验的分析中得出了最优配比,即:TEOS与水的摩尔比是1:4,TEOS与乙醇的摩尔比是1:6。在此最优配比条件下,往SiO_2湿凝胶中掺杂了纳米Ag和纳米Au,以增强SiO_2气凝胶的强度;同时,将SiO_2气凝胶掺杂到了多孔材料中,以期在保持相同的隔热情况下降低生产成本。 本文通过红外光谱(FI-IR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、BET吸附、X射线衍射分析(XRD)和差热-热重分析(DTA-TG)等手段对所制气凝胶的表面基团、微观形貌、结构和热稳定性进行了研究。分析结果表明:经过表面改性的SiO_2气凝胶具有良好的疏水性,与水的接触角约为139.4°,其比表面积为952m2/g,平均孔径约5~10nm,孔隙率达94.2%,热分解温度为300℃,且其密度仅为0.127g/cm3;掺杂纳米Au和Ag的SiO_2气凝胶热分解温度为400℃,比未掺杂的SiO_2气凝胶热分解温度提高了100℃,且强度也比较高;而将SiO_2气凝胶掺杂到多孔材料中,不仅提高了其热稳定性,而且在保持较好的隔热状况下,大大降低了成本。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TQ427.2;TQ127.2

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