以煤矸石為硅源制備SiO2氣凝膠材料及其性能研究.pdf

1、SiO2氣凝膠因具有超低的密度及熱導(dǎo)率、超大比表面積、極高的空隙率等優(yōu)良性質(zhì)而被廣泛研究，然而由于存在制備原料昂貴、有毒等問(wèn)題，其商業(yè)應(yīng)用及規(guī)模化生產(chǎn)依然沒(méi)有得到理想的結(jié)果。本文針對(duì)以上問(wèn)題并立足于節(jié)能減排的思想提出利用煤矸石為原料制備SiO2氣凝膠。實(shí)驗(yàn)分為兩個(gè)階段。
　　第一階段是利用煤矸石制備水玻璃。分別研究了煅燒煤矸石溫度、保溫時(shí)間、酸渣質(zhì)量/NaOH（S）質(zhì)量、NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)SiO2浸出率的影響。結(jié)果表明，當(dāng)煅燒煤矸

2、石溫度、保溫時(shí)間、酸渣質(zhì)量/NaOH（S）質(zhì)量、NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為750℃、2h、1:0.8、20％時(shí)，SiO2浸出率達(dá)到最大（為35.23%）。同時(shí)研究了上述因素對(duì)水玻璃模數(shù)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，并不是SiO2浸出率越大，相應(yīng)的水玻璃模數(shù)也越大，正交實(shí)驗(yàn)也出現(xiàn)了相同的現(xiàn)象。此外，從整體數(shù)據(jù)來(lái)看，水玻璃模數(shù)最大為0.47，遠(yuǎn)小于工業(yè)級(jí)別水玻璃模數(shù)。
　　第二個(gè)階段是利用第一階段制備的水玻璃為原料制備SiO2氣凝膠。XRD結(jié)果表明所

3、合成的產(chǎn)品確為SiO2氣凝膠，但含有少量的NaCl雜質(zhì)。分別研究了3、4、5mol/L硫酸催化水玻璃凝膠的時(shí)間，結(jié)果表明三者之間沒(méi)有明顯差別，但5mol/L條件下最終產(chǎn)品的密度最小（0.2558g/cm3）。研究了以工業(yè)水玻璃為原料（A）、煤矸石制備水玻璃為原料（B）和煤矸石制備的、經(jīng)過(guò)強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂處理后的水玻璃為原料（C）制備的SiO2氣凝膠的密度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三種原料制備的產(chǎn)品的密度大小順序?yàn)锳>B>C。研究了pH對(duì)產(chǎn)品密度和與水

4、接觸角的影響，結(jié)果表明偏中性環(huán)境有助于獲得低密度產(chǎn)品，但pH對(duì)接觸角沒(méi)有明顯影響。性能表征結(jié)果表明產(chǎn)品含有大量孔洞，Langmuir表面積達(dá)962m2/g，總孔體積為3.73cm3/g，平均孔徑為20.77nm；具有強(qiáng)疏水性（接觸角均在110℃以上）。FT-IR結(jié)果說(shuō)明產(chǎn)品被TMCS成功改性?？紫堵始盁釋?dǎo)率計(jì)算表明產(chǎn)品的孔隙率可達(dá)88.32%，而熱導(dǎo)率可低至0.0229W·m-1·K-1，且最大不會(huì)超過(guò)0.02759W·m-1·K-1。