常压干燥法制备气凝胶的研究进展

气凝胶是一类轻质、低密度的三维纳米多孔固态材料,因其独特的高孔隙率、高比表面积和低导热系数等特性,使其在吸附、催化、保温隔热和隔音等诸多领域具有广泛的用途,目前其相关研究在材料科学领域受到了广泛的关注。气凝胶的制备主要包括溶胶-凝胶过程和湿凝胶干燥两个步骤,湿凝胶的干燥是制备气凝胶过程中至关重要而又较为困难的一步。传统的气凝胶通过超临界干燥制备,工艺复杂、成本高,而且由于干燥过程在高温高压条件下进行,有一定的危险性并且不适宜大规模生产,因此如何通过常压干燥获得高比表面积、高孔隙率、低密度的性能优异的气凝胶是其研究的重要方向之一。本文简要介绍了湿凝胶的制备以及凝胶干燥理论,详细介绍了近年来常压干燥方法气凝胶制备的研究进展,并对其未来发展前景做出了展望。     

添加环氧丙烷法常压干燥制备ZrO2气凝胶

以无机锆盐硝酸氧锆(ZrO(NO3)2·5H2O)为前驱体,1,2-环氧丙烷(PO)为凝胶促进剂,甲酰胺(FA)为干燥控制化学添加剂(DCCA),采用溶胶-凝胶法并通过常压干燥制备了轻质二氧化锆(ZrO2)气凝胶,利用差热分析(DTA)、扫描电镜(SEM)、N2吸附/脱附等测试技术对所制得的ZrO2气凝胶进行了表征.结果表明:添加环氧丙烷常压干燥制得的ZrO2气凝胶具有纳米尺寸的多孔网络结构,表观密度可低至202.08 kg·m-3,比表面积可高达645.0 m2·g-1,与超临界干燥效果相当.环氧丙烷因其环氧原子的强亲核性和不可逆的开环反应,可促进凝胶化,并通过环氧丙烷的量控制反应过程和凝胶状态.     

超临界干燥法制备Fe2O3-SiO2气凝胶

以正硅酸乙酯（TEOS）和硝酸铁为原料,采用溶胶-凝胶法和超临界干燥工艺制备了Fe2O3-SiO2气凝胶,研究了Fe2O3-SiO2醇凝胶的形成条件的影响,并对所得气凝胶样品结构特性进行了初步表征．所得气凝胶样品是由直径约8nm的胶体粒子构成的低密度、高孔隙率的块状非晶固态材料．     

NiO－La2O3-Al2O3气凝胶催化剂的制备

采用改进的溶胶－凝胶法和超临界干燥技术制备出超细三元ＮｉＯ－Ｌａ２Ｏ３－Ａｌ２Ｏ３气凝胶催化剂。通过ＢＥＴ、ＴＥＭ、ＤＴＡ、ＩＲ等物性表征,考察了煅烧温度和组成等对气凝胶催化剂制备的影响。结果表明,此种方法制备的多元所凝胶催化剂不仅保留了氧化铝和ＮｉＯ－Ａｌ２Ｏ３气凝胶的主要特征,而且,氧化镧的加入使气凝胶理易晶化,热稳定性更好和吸附能力更强。这种改进的溶胶－凝胶法和超临界干燥技术操作简单有效,适     

原位法常压干燥制备疏水SiO2气凝胶及其热稳定性

在正硅酸乙酯(TEOS)酸碱两步催化的溶胶-凝胶过程中, 加入干燥控制化学添加剂(DCCA)N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和三甲基氯硅烷(TMCS)的混合溶液, 进行原位疏水改性处理, 并结合常压干燥工艺制备了高比表面积的疏水SiO2气凝胶. 利用N2物理吸附, 全自动X射线衍射仪(XRD), 傅立叶变换红外光谱仪(FTIR), 扫描电子显微镜(SEM)等对样品的形貌结构进行了表征. 实验结果表明, 原位疏水改性比非原位疏水改性制备的SiO2气凝胶具有更大的比表面积, 可达979 m2·g-1, 气凝胶表面存在憎水性基团—CH3, 有良好的疏水性. 500 ℃热处理后, 气凝胶因失去大量的—CH3基团, 由憎水性转为亲水性; 800 ℃高温热处理后, 疏水SiO2气凝胶仍处于非晶态, 具有良好的热稳定性能.     

常压干燥制备二氧化硅气凝胶*

二氧化硅气凝胶是典型的纳米多孔轻质材料,由于具有独特的性能并在许多领域存在潜在的应用价值而受到广泛关注。二氧化硅气凝胶的制备传统上采用超临界干燥工艺,但此工艺成本高、工艺复杂而且具有一定的危险性。为了实现二氧化硅气凝胶的大批量生产和商品化应用,研究低成本常压干燥制备技术非常必要。目前常压干燥制备工艺已取得了较大进展,本文主要介绍了二氧化硅气凝胶的常压干燥制备方法及其特点,并概述了二氧化硅气凝胶复合材料制备的最新研究进展。以纤维和聚和物为增强体的二氧化硅气凝胶复合材料改善了气凝胶的力学性能,进一步扩宽了其应用范围。     

基于疏水改性常压干燥法制备介孔块状SiO2气凝胶

块状气凝胶是胶体粒子聚结、整体成型且均匀分布的多孔网络结构,可规避颗粒气凝胶掉粉掉渣、包裹成板或调成浆料再应用的缺陷.通常常压干燥获得的SiO_2气凝胶多为颗粒状,因其表面含大量亲水性Si-OH,易与空气中水蒸气结合,导致表面张力过大而颗粒化.为解决此难题,采用三甲基氯硅烷(TMCS)疏水改性,使-Si(CH_3)_3取代Si-OH中H原子,再经常压干燥获得块状SiO_2气凝胶.测得接触角为152.31°,属于超疏水材料.N_2吸脱附实验测得比表面积为786 m~2/g,且介孔分布变窄.热重分析其耐热温度达226℃,是良好的疏水耐温材料.     

常压干燥条件下乙醇对SiO2气凝胶密度的影响

SiO2气凝胶是一种经典的三维网状多孔纳米材料,具有低密度、高孔隙率、高比表面积、低热导率、低光学折射率和低声速等特点,在许多领域都具有巨大的应用潜力.以四乙氧基硅烷(TEOS)为硅源,采用常压干燥的方法,通过改变乙醇、氨水的物质的量之比实现对二氧化硅气凝胶的密度的研究.当TEOS、乙醇、水(0.01 mol/L草酸催...     

超临界流体干燥法制备超细镧锰铝气凝胶研究

以La2O3,Mn(NO3)2和Al(NO3)3·9H2O为主要原料,用"溶胶凝胶"法结合"超临界干燥技术"分别制备260℃超细镧锰和镧锰铝气凝胶;煅烧制备850℃超细镧锰和镧锰铝气凝胶。用XRD,TEM等手段对样品进行表征,重点考察pH值、温度等因素对制备的影响,并用CO与NO的反应来比对镧锰气凝胶和镧锰铝气凝胶的催化活性。结果表明:(1)制得镧锰气凝胶为疏松、具有较好分散性的棕黑色粉末;260℃时,镧锰气凝胶由絮状物包裹着若干球形大颗粒组成,球形颗粒直径小于80nm;而絮状物尺寸范围跨度较大,大的约为500nm×150nm,小的直径约为几个纳米;850℃时,镧锰气凝胶结晶度提高,颗粒感增强,并且颗粒间发生一定程度的烧结,煅烧产物为LaMnO3+λ和Mn3O4,球形颗粒粒径小于20nm;(2)镧锰铝气凝胶外观疏松、分散性好、呈棕色;260℃时,镧锰铝气凝胶结晶度较低;850℃时,镧锰铝气凝胶结晶度提高,主要晶相物质包括:LaMnO3+λ,La2O3、不同价态氧化锰和γAl2O3;(3)铝的引入,改变了气凝胶微结构单元,降低了起燃温度,但同时也降低了NO的最终转化率;(4)超细镧锰气凝胶对CO与NO反应有较好的催化活性。     

块状石英纤维/Al_2O_3气凝胶复合材料的非超临界干燥法制备及表征

采用溶胶-凝胶法和常压干燥法以N,N′-二甲基甲酰胺(DMF)作为干燥控制化学添加剂制备了低密度石英纤维增强Al2O3气凝胶复合材料.通过氮气吸附-脱附实验比较研究了石英纤维对氧化铝气凝胶孔结构参数的影响;采用X射线衍射技术表征了在升温过程中石英纤维/Al2O3气凝胶复合材料的相结构变化;利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察了Al2O3气凝胶基体及其石英纤维复合材料的微观形貌;初步探讨了DMF对Al2O3气凝胶形貌和密度的影响.研究结果表明石英纤维/Al2O3气凝胶复合材料成块性好,纤维与气凝胶基体结合紧密,石英纤维提高了Al2O3相转变温度,适量的DMF有利于形成均匀凝胶网络结构,减小干燥收缩压力.     

SiO2气凝胶的非超临界干燥法制备及其形成过程

通过对正硅酸乙酯的两步水解-缩聚反应速率的调控，使生成的醇凝胶具有比较完整的网络结构，配合乙醇溶剂替换和正硅酸乙酯乙醇溶液浸泡和陈化，改善和增强凝胶的结构和强度，在分级干燥下实现了SiO2气凝胶的非超临界干燥制备，并采用SEM、TEM、TG-DTA、XRD和吸附-脱附技术等手段对所得气凝胶样品进行表征.结果表明, 该气凝胶是由粒径约10 nm均匀球状纳米粒子构成的具有连续网络结构的低密度多孔材料，密度为200～400 kg•m－3，孔径分布在10～30 nm范围内，孔隙率约为91％，比表面高达625.65 m2•g－1.外观及微观构造与应用超临界干燥制得的气凝胶完全一致.调节反应体系中各组分的配比以及控制两步水解-缩聚过程中酸与碱的加入量可以获得不同密度的块状SiO2气凝胶.     

非超临界干燥法制备SiO2气凝胶

应用廉价的国产硅溶胶为原料，通过凝胶过程和干燥过程条件的选择，以非超临界干燥技术最终获得了块状SiO2气凝胶.该气凝胶外观状态与应用正硅酸乙酯为原料制得的完全一致，其微观结构也相当良好，其直径和孔分布均匀.溶液的配比和pH对凝胶过程和气凝胶样品的密度有比较明显的影响，同时pH值与SiO2的粒径之间也有一定的关系.依据制备条件的变化，所得SiO2气凝胶的密度约在200～400 kg•m－3，比表面在250～300 m2•g－1之间变化，平均孔径约为11～20 nm，而孔隙率在91％左右.     

纳米Al_2O_3/SiO_2室温磷光复合材料的研究

通过溶胶-凝胶法制备出了纳米Al2O3/SiO2室温磷光材料,通过优化试验条件,确定铝硅摩尔比为0.20,煅烧温度为600℃,煅烧时间为2h条件下制备出的材料的发光性质最好,粒径为大约50 nm。该纳米Al2O3/SiO室温磷光材料的最大激发波长为406nm,最大发射波长为537nm,磷光寿命为0.53s。     

共沉淀法合成Cr3+∶Al2O3纳米粉体及其发光性能研究

NH₄MO(OH)HCO₃(M=Al³⁺， Cr³⁺) precursors were synthesized by a co-precipition method with the solutions of mixed nitrates as starting materials and ammonium bicarbonate as precipitator. The precursors and powders sintered at various temperatures were characterized by thermogravimetry/differential thermal analysis(TG/DTA)， infrared spectroscopy(IR)， X-ray diffractormetry(XRD)， transmittion electron microscopy(TEM). The luminescent spectra of Cr³⁺∶Al₂O₃ nano-powder was measured. The XRD results show that the pure-α-Al₂O₃ phase can be obtained at 1 200 ℃. TEM analysis indicates that the nano-powders about 20～30 nm are well-dispersed and less-aggregated. Spectral analysis demonstrates that the sample has good photoluminescence.     

Pt/Al2O3和Pt-Cu/Al2O3催化CCl4氢化脱氯反应

制备了Al2O3负载Pt单金属催化剂和负载Pt-Cu双金属催化剂,比较了二者不同还原温度对其催化CCl4氢化脱氯反应性能的影响。 单金属Pt催化剂上主要生成CHCl3,而双金属Pt-Cu催化剂上产物随催化剂制备时的还原温度不同而异,当催化剂经400 ℃用H2还原后产物主要为CHCl3,而当催化剂经800 ℃用H2还原后产物主要为CCl2CCl2。 由于CCl4氢化反应是强放热反应,催化剂表面局部过热使得在反应中生成的C2等产物聚合结焦,覆盖了催化剂的活性中心,导致催化剂失活。 因此,通过加入甲醇作为稀释剂以带走部分反应热可提高催化剂的稳定性。 同时也降低了CHCl3的选择性,提高了CCl2CCl2的选择性。     

具有良好热稳定性的Al2O3改性Fe2O3基金催化剂

通过共沉淀法和沉积-沉淀法制备出了具有良好热稳定性的Al2O3改性Fe2O3基金催化剂, 并通过透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、N2吸附-脱附及热重和差示扫描量热(TG-DSC)分析等表征手段对催化剂的结构与表面形貌进行了研究分析. TEM测试结果表明: 500 ℃焙烧后, 未掺杂Al2O3的催化剂中金颗粒粒径分布较宽, 平均粒径约为7.0 nm, 载体颗粒尺寸在50-100 nm范围内; 而掺杂Al2O3的催化剂中金颗粒粒径分布变窄, 平均粒径约为5.0 nm, 且载体颗粒大小也明显小于未掺杂Al2O3的催化剂, 保持在30-50 nm的范围内. N2吸附-脱附测试结果表明, Al2O3的掺杂有利于保持催化剂的介孔结构和比表面积, 从而提高了载体的热稳定性. XRD和TG-DSC测试结果表明, Al2O3的掺杂可以有效地抑制Fe2O3的结晶, 进而抑制了高温焙烧过程中金颗粒的长大. 选用CO低温氧化反应对催化剂的活性进行了评价, 即使在500 ℃高温下焙烧12 h, 掺杂了Al2O3的催化剂仍然可在26.7 ℃将CO完全转化, 而未掺杂Al2O3的催化剂CO最低完全转化温度(T100)高达61.6 ℃. Al2O3的掺杂显著提高了催化剂的热稳定性能.     

热压烧结制备Al2O3/TiCN-0.2%Y2O3复合材料

采用热压烧结的方法制备Al2O3/TiCN-0.2%Y2O3复合陶瓷的结果, 较详细地介绍了试样成分、热压温度对试样抗弯强度、断裂韧性、维氏硬度等力学性能的影响. 结果表明 在热压温度低于1650 ℃时, 各项力学性能随着热压温度的提高而提高, 当热压温度为1650 ℃、压力为35 Mpa, 保温时间为30 min时, 其抗弯强度、断裂韧性及硬度分别达到它们的最大值1015 Mpa, 6.89 Mpa·m1/2和20.82 Mpa. 当热压温度高于1650 ℃时, 导致 TiCN分解作用加强导致密度下降, 同时温度过高导致晶粒长大使力学性能下降. 显微结构分析表明 由于稀土Y2O3的加入, 生成少量的YAG相, 抑制了Al2O3和TiCN晶粒长大, 有助于提高含Y2O3的Al2O3/TiCN复合材料的断裂韧性. TiCN颗粒弥散在Al2O3晶界处, 其晶粒尺寸在1 μm左右, 分布均匀, 相互交织, 抑制了晶粒生长, 从而起到增韧补强作用, 有利于材料力学性能的提高. 从压痕裂纹尖端扩展情况的扫描电镜照片可以看出 基体与增强相多个晶粒构成裂纹桥联行为, 并可能形成裂纹偏转、分支与桥联的共存区, 主要起作用的是稀土强化TiCN颗粒弥散增韧机制, 将复合材料的断裂韧性从5.94提高到6.89 Mpa·m1/2.     

CF4在Al2O3基金属氧化物上的分解反应

考察了在无水条件下γ-Al2O3基金属氧化物M-Al2O3(M=Mg、La、Ba、Ce、Ni、P)与CF4反应转化为金属氟化物的反应.结果表明,在所筛选的金属氧化物中,γ-Al2O3的初活性较高,但由于CF4分解时产生的强放热效应使未反应的γ-Al2O3发生了α相变,致使CF4转化率急剧下降,反应温度越高,γ-Al2O3的α相变越快,活性下降就越快.CF4在MgO-Al2O3上分解时,Mg物种比Al优先氟化生成了MgF2,Mg物种的氟化反应及其产牛的强放热效应使MgAl2O4结构发生了解体.在Al2O3表面负载助剂P、Ni,提高了其热稳定性,抑制了CF4高温分解时未反应的Al2O3发生α相变,使更多的γ-Al2O3参与了CF4分解反应.     

微波辐射I2／Al2O3催化合成腈类化合物

微波辐射下,I2/Al2O3催化芳香醛和盐酸羟氨的无溶剂反应.一锅法合成了腈类化合物,产率80%～99%.