收藏本站
《成都理工大学》 2016年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

块状SiO_2气凝胶与TiO_2/SiO_2复合气凝胶的常压制备及性能研究

孙丰云  
【摘要】:SiO2气凝胶是一种凝胶材料,其空间网状结构中以气体为分散介质,具有高孔隙率、高比表面积、低导热系数、低密度等诸多独有的特点,应用范围涉及航天、军事、医用、环保、隔热等诸多领域。传统制备工艺中,人们多采用超临界干燥工艺制备SiO2气凝胶,此工艺对设备要求高,危险性大,不利于大规模生产,探索常压干燥工艺制备高性能SiO2气凝胶势在必行。论文针对当前常压制备中气凝胶完整性差,收缩大等问题,分别以正硅酸乙酯和稻壳为硅源,采用溶胶-凝胶工艺及常压干燥工艺,通过工艺条件优化,制备出了完整性较好的块状SiO2气凝胶,同时,针对高温下SiO2气凝胶热导率急剧上升的问题,选用纳米TiO2为遮光剂,在常压条件下制备了TiO2/SiO2复合气凝胶,研究了TiO2掺杂量对复合气凝胶结构和性能的影响;利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、差热-热重分析(TG-DTA)、红外光谱分析(FTIR)、N2吸附-脱附等测试方法对SiO2气凝胶及TiO2/SiO2复合气凝胶的物相、微观结构、热稳定性、比表面积、孔结构和红外透过率等进行了表征分析。(1)以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,无水乙醇为溶剂,盐酸(0.1mol/L)、氨水为酸碱催化剂,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为干燥控制化学添加剂(DCCA),采用溶胶-凝胶法,在常压条件下制备了完整的SiO2气凝胶块体,优化了较佳的制备工艺条件,即H2O(碱催化)/HCl/NH3·H2O/TEOS的摩尔比为4﹕2.4×10-4﹕1.8×10-2﹕1,水解方式为35℃下水解24h,老化温度为50℃,表面改性时TMCS/TEOS的摩尔比为1,改性时间为24h。在此工艺条件下制备的SiO2气凝胶呈淡蓝色、透明状的完整块体,收缩小,无裂纹,呈海绵状,密度低至0.1118g/cm3,比表面积高达923.75 m2/g,平均孔径为38.15nm,疏水角为149°,为典型的疏水介孔材料。(2)以廉价的稻壳为硅源,采用溶胶-凝胶法,在常压条件下制备了完整的SiO2气凝胶块体。研究了pH值、无水乙醇置换次数及表面改性次数等制备因素的影响,优化了常压制备完整的SiO2气凝胶块体的较佳工艺条件即pH值为5.5,乙醇溶剂置换次数为4次,改性次数为3次。在此工艺条件下制备的SiO2气凝胶呈淡白色、半透明状的完整块体,密度低至0.0789g/cm3,孔径分布均匀,比表面积高达902.56 m2/g,平均孔径为39.18nm,孔体积为2.37cm3/g,疏水角为146°。(3)以teos为硅源,通过掺杂纳米tio2,采用溶胶-凝胶法和常压干燥工艺,在h2o(酸催化)/h2o(碱催化)/etoh/hcl/nh3·h2o/teos的摩尔比为1﹕4﹕7﹕4.8×10-4﹕9.0×10-2﹕1的条件下,制备了完整的疏水tio2/sio2复合气凝胶块体。表征结果表明,制备的tio2/sio2复合气凝胶外观呈淡白色、不透明块状,物相组成为锐钛矿型tio2和无定形sio2;外观特征和微观形貌与未掺杂tio2时制备的气凝胶的相似,tio2以物理形态镶嵌于sio2气凝胶网络结构中。研究表明,tio2的掺杂量对tio2/sio2复合气凝胶的密度、比表面积、孔径和红外透过率等有较大的影响。随着tio2掺杂量的增加,复合气凝胶的密度呈先减小后增加的趋势,当tio2掺杂量为5wt%时,密度达到最低值0.1642g/cm3,随后逐渐增加,当tio2掺杂量为10wt%时,密度增加至0.1831g/cm3;复合气凝胶的比表面积总体随着tio2掺杂量的增加略呈降低趋势,而平均孔径略呈增加趋势。当tio2掺杂量为1wt%~5wt%时,复合气凝胶的比表面积大于700m2/g,平均孔径约为40nm,当tio2掺杂量增加到10%时,复合气凝胶的比表面积仅为620.25m2/g,平均孔径增加至51.34nm;在波长范围为2-8μm区域,随着tio2掺杂量的增加,复合气凝胶的红外透过率呈下降趋势,当tio2添加量小于5wt%时,红外透过率快速下降,其中掺杂5wt%tio2制备的复合气凝胶的红外透过率仅为37%,较未掺杂时的63%相比,有明显的降低,当tio2掺杂量大于5wt%时,下降趋势变缓,表明掺杂纳米tio2对气凝胶材料起到了较好的红外遮光效果。(4)以稻壳为硅源,通过掺杂纳米tio2,采用溶胶-凝胶法和常压干燥工艺,制备了tio2/sio2复合气凝胶。表征结果表明,利用稻壳为硅源制备的tio2/sio2复合气凝胶的外观、物相组成和微观形貌与利用teos为硅源制备的tio2/sio2复合气凝胶的相比没有明显变化。tio2掺杂量同样对tio2/sio2复合气凝胶的密度、比表面积、孔径和红外透过率等有较大的影响。随着tio2掺杂量的增加,复合气凝胶的密度先减小后增加,当tio2掺杂量为7wt%时,密度达到最低值0.1194g/cm3,随后逐渐增加,当tio2掺杂量为10wt%时,密度增加至0.1308g/cm3;复合气凝胶的比表面积总体随着tio2掺杂量的增加略呈降低趋势,而平均孔径略呈增加趋势。当tio2掺杂量为1wt%~7wt%时,复合气凝胶的比表面积大于700m2/g,平均孔径约为40nm,当tio2掺杂量增加到10%时,复合气凝胶的比表面积降低,仅为698.64m2/g,平均孔径增加至48.76nm;在波长范围为2-8μm区域,随着tio2掺杂量的增加,复合气凝胶的红外透过率呈下降趋势,当tio2添加量小于7wt%时,红外透过率快速下降,其中掺杂7wt%tio2制备的复合气凝胶的红外透过率仅为38%,较未掺杂时的65%相比,有明显的降低,当tio2掺杂量大于7wt%时,下降趋势变缓,表明tio2掺杂的tio2/sio2复合气凝胶可以有效的降低气凝胶在2-8μm波段内的红外透过率。
【学位授予单位】:成都理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TQ427.26

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 窦焰;崔鹏;方向红;;SiO_2对低温液相法制备锐钛型TiO_2/SiO_2纳米复合膜性能的影响[J];应用化工;2007年02期
2 彭绍琴;王添辉;李越湘;;Ru掺杂TiO_2和TiO_2/SiO_2光催化剂的制备及可见光分解水制氢性能研究[J];功能材料;2012年17期
3 姜苏;董如林;莫剑臣;张汉平;陈智栋;;金红石型TiO_2/锐钛矿型TiO_2/SiO_2三元复合薄膜的合成[J];常州大学学报(自然科学版);2014年03期
4 崔婷;唐绍裘;万隆;周武艺;;溶胶—凝胶法制备纳米TiO_2/SiO_2复合薄膜的研究[J];陶瓷学报;2006年02期
5 翟继卫,张良莹,姚熹;TiO_2/SiO_2薄膜中的相界扩散及晶化行为研究[J];无机材料学报;1998年01期
6 王桂华,施建成,余锡宾,王欣,章宗穰;氧化铁掺杂TiO_2和TiO_2/SiO_2的Raman光谱(英文)[J];光散射学报;2002年01期
7 王玉栋,陈龙武,甘礼华,侯继敩;块状TiO_2/SiO_2气凝胶的非超临界干燥法制备及其表征[J];高等学校化学学报;2004年02期
8 仇伟;任成军;龚茂初;侯云泽;陈耀强;;不同pH值制备的TiO_2和TiO_2/SiO_2催化剂结构、表面性质及光催化活性(英文)[J];物理化学学报;2011年06期
9 王挺,蒋新,王幼文;吸附相反应技术制备纳米TiO_2/SiO_2复合材料[J];高等学校化学学报;2003年11期
10 裴石光;陈炎;刘和义;刘贵双;刘金强;杨晨;;TiO_2/SiO_2纤维的表征及其光催化活性[J];人工晶体学报;2011年05期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 田辞;刘明贤;曾娅玲;甘礼华;徐子颉;郝志显;陈龙武;;铁掺杂TiO_2/SiO_2气凝胶微球的制备及其可见光催化性能[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(下册)[C];2006年
2 葛晋;翟宗德;明永飞;赵艳芳;李永民;陈立仁;;分子自组装TiO_2/SiO_2色谱柱填料的制备和表征[A];第十五次全国色谱学术报告会文集(上册)[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 孙丰云;块状SiO_2气凝胶与TiO_2/SiO_2复合气凝胶的常压制备及性能研究[D];成都理工大学;2016年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 李倩;纳米TiO_2/SiO_2复合微粒的制备及在棉织物抗紫外超疏水整理上的应用[D];上海工程技术大学;2016年
2 崔婷;纳米TiO_2及TiO_2/SiO_2复合薄膜的制备、表征与性能研究[D];湖南大学;2006年
3 刘义;氮掺杂TiO_2和TiO_2/SiO_2的制备及光催化性能的研究[D];华南理工大学;2010年
4 郭磊;纳米TiO_2/SiO_2材料的制备以及对重金属离子吸附的研究[D];齐齐哈尔大学;2012年
5 姜兴元;TiO_2/NiO、TiO_2/SiO_2纳米纤维材料制备及其光催化性质研究[D];东北师范大学;2008年
6 李文艳;TiO_2/SiO_2复合半导体对甲苯—二氧化硫光催化作用的研究[D];吉林大学;2007年
7 舒晓红;基于纳米TiO_2/SiO_2复合氧化物的传感器的研究[D];四川大学;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026