常壓干燥制備低密度、高性能介孔硅氣凝膠的研究.pdf

1、SiO2氣凝膠是一種輕質(zhì)納米多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)材料，密度為0.003～0.5g/cm3、孔隙率高達(dá)80％～99％、比表面積為500～1000m2/g、孔洞及顆粒尺寸在1～100nm范圍內(nèi)，其纖細(xì)的納米多孔結(jié)構(gòu)使材料具有超級(jí)絕熱性能，具有廣泛的應(yīng)用前景。目前國內(nèi)外多以正硅酸甲酯、正硅酸乙酯為硅源、以超臨界干燥工藝制備SiO2氣凝膠，其制備工藝過程復(fù)雜，耗能費(fèi)時(shí)，成本昂貴，原料有一定的毒性，超臨界高溫高壓干燥存在較大的危險(xiǎn)性。而SiO2氣凝膠常壓

2、干燥制備技術(shù)研究較少，且制備出SiO2氣凝膠絕熱性能與超臨界干燥法相比較差。同時(shí)未改性的SiO2氣凝膠親水疏油。這些問題都限制了SiO2氣凝膠材料的發(fā)展與應(yīng)用。
　　 本論文研究以水玻璃為硅源，常壓干燥制備低密度、高性能的介孔SiO2氣凝膠材料，試驗(yàn)研究了：凝膠體系組分比例、凝膠溫度、凝膠體系pH、甲酰胺的添加、濕凝膠的老化、表面疏水處理以及常壓低溫干燥工藝對(duì)氣凝膠制備過程及所制備氣凝膠的自然密度、振實(shí)密度、孔徑大小和比表面積等

3、指標(biāo)的影響，同時(shí)通過采用小球體桿狀結(jié)構(gòu)做為氣凝膠的傳熱模型，并對(duì)其進(jìn)行理論推導(dǎo)和計(jì)算，將其理論結(jié)果與實(shí)際測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比、分析，確定影響氣凝膠導(dǎo)熱系數(shù)的主要因素，并建立氣凝膠振實(shí)密度與導(dǎo)熱系數(shù)之間的關(guān)系。
　　 試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)水玻璃與水的比例為1：3時(shí)，經(jīng)過強(qiáng)酸性苯乙烯陽離子交換樹脂交換后所得的氣凝膠中的鈉離子由原來的17.01％減少到0.4％，鈉離子含量明顯減??；離子交換之后獲得的硅酸與水的體積比為30ml:5ml，凝膠溫度

4、為40℃時(shí)，所得氣凝膠的密度最小，性能最優(yōu)；當(dāng)體系pH為5時(shí)，所得氣凝膠的性能最佳，即二氧化硅氣凝膠的最可幾孔徑為10.76nm，且孔徑分布范圍較窄，大都在10nm左右；添加甲酰胺增加了凝膠體系的凝膠時(shí)間，干燥后得到的氣凝膠孔徑結(jié)構(gòu)更加均勻化。當(dāng)甲酰胺的添加量為1.5ml時(shí)，BJH孔徑大小分布范圍大都在10nm左右，比表面積為610.6m2/g；利用正硅酸乙酯/乙醇溶液對(duì)濕凝膠進(jìn)行老化處理，提高濕凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，獲得了正硅酸乙酯/乙

5、醇溶液濃度與氣凝膠比表面積、密度之間的關(guān)系。當(dāng)用30％的正硅酸乙酯/乙醇溶液對(duì)濕凝膠進(jìn)行老化處理時(shí)，能夠得到塊狀、高比表面積的二氧化硅氣凝膠材料；利用三甲基氯硅烷、正己烷、異丙醇三種混合溶液對(duì)濕凝膠進(jìn)行表面疏水修飾處理，TMCS與孔洞中水的摩爾比為0.35時(shí)，所得氣凝膠的疏水度為43.95％，紅外光譜顯示，氣凝膠表面接枝上了疏水性的－CH3基團(tuán)；選用正己烷做為溶劑替換介質(zhì)，干燥工藝為50℃84h，60°C72h時(shí)，所得氣凝膠的密度為0.