鋅基氣凝膠的研究.pdf

1、氣凝膠是具有低密度、高孔隙率以及高比表面積等特點的新型納米材料，可廣泛應用于催化、吸附、高能物理等領域。鋅基氣凝膠成型性差，難于制備出完整的塊狀氣凝膠，限制了其應用，因此目前對其研究較少。本論文系統(tǒng)的研究了鋅基復合氣凝膠的制備、氧化以及還原過程。以鋅的無機鹽為前驅體，研究在不同的制備參數(shù)（前驅體、溶劑、模板劑、水解比、凝膠促凝劑等）下所得到的濕凝膠，經超臨界干燥工藝獲得相應的鋅基復合氣凝膠樣品;利用高級流變儀研究了不同反應體系的粘度變化

2、，考察了體系儲能模量和耗能模量的變化;用氮氣和氧氣的混合氣氛氧化處理，制備了氧化鋅氣凝膠;采用一氧化碳與氮氣的混合氣體為還原鋅基復合氣凝膠，成功制備得到碳氣凝膠。
　　用聚丙烯酸和檸檬酸都制備出鋅基復合氣凝膠，說明聚丙烯酸和檸檬酸都具有模板劑的功能，但是制備的氣凝膠在微觀結構上卻有很大的差異，這是與模板劑的分子鏈的長短具有直接聯(lián)系。在制備鋅基復合氣凝膠過程中，模板劑的分子量和ZnCl2的含量都會對氣凝膠的微觀結構造成關鍵影響:用分

3、子量為1800聚丙烯酸與ZnCl2的摩爾比為1∶40制備的氣凝膠微觀顆粒間的孔隙率高，孔洞結構均勻，比表面積為470m2/g，總的孔體積為1.846cm3/g;以檸檬酸為模板劑制備的氣凝膠的膠體顆粒之間較為致密，孔洞結構不明顯，孔隙率低，比表面積為54m2/g，總的孔體積為0.126cm3/g。
　　在溶膠—凝膠過程中，系統(tǒng)的研究了水量、環(huán)氧丙烷用量、聚丙烯酸用量對體系凝膠時間、氣凝膠密度和比表面積的影響。利用高級流變儀研究了反應

4、體系的粘度變化，對溶膠—凝膠過程進行研究。通過粘度的變化考察了體系儲能模量和耗能模量變化，確定了凝膠時間;并研究了影響氣凝膠比表面積和密度因素。運用分子動力學方法計算了不同分子量同濃度及同分子量不同濃度的聚丙烯酸的回旋半徑和徑向分布函數(shù)。用分子量1800的聚丙烯酸作為模板劑，將其濃度控制在0.11g·mL-1制備出鋅基復合氣凝膠的微觀結構較好，這與實驗的結果是相一致的。
　　在氣凝膠氧化處理中，研究了不同氣體氣氛、退火溫度以及升溫

5、速率對氣凝膠的成型性和微觀結構的影響。在氮氣∶氧氣為50∶1的混合氣氛中，500℃的高溫下，對鋅基復合氣凝膠進行退火處理，得到的氧化鋅氣凝膠孔隙率較高，骨架結構纖細，孔洞分布均勻，比表面積為125 m2/g，總的孔體積為0.25cm3/g。制備的氧化鋅氣凝膠具有六方晶系的單一物相晶體結構，并運用Rietveld計算模擬方法對氧化鋅氣凝膠的晶體結構進行精修。測試氧化鋅氣凝膠的熒光光譜，發(fā)現(xiàn)隨著溫度升高，氧化鋅氣凝膠的發(fā)光光譜峰沒有發(fā)生紅移

6、或者藍移，發(fā)光強度隨著溫度升高增強。
　　開發(fā)出了一種制備高純度碳氣凝膠的新技術。在一氧化碳∶氮氣為100∶1的混合氣氛中，980℃的高溫下，對鋅基復合氣凝膠進行還原，制備出碳氣凝膠。該方法制備的碳氣凝膠密度低、比表面積高，這對其修飾、復合、改性等更進一步研究提供了良好的基礎。XPS測試發(fā)現(xiàn)氣凝膠中碳元素的單質的形式存在，EDS測試表明碳元素占96.8％;前驅物不同配比對樣品的多孔結構、比表面積有較大影響;碳氣凝膠比表面積可達15