酸和碱催化制备二氧化硅溶胶及其稳定性

以正硅酸乙酯(TEOS)为原料,氨水和盐酸为催化剂,制备了SiO2溶胶;研究了pH值对溶胶的稳定性以及SiO2粒子生长方式的影响.结果表明,在酸性条件下,随着pH值的增加,凝胶时间呈现先变长后变短的趋势;而在碱性条件下,凝胶时间随pH的增大快速增加.透射电镜(TEM)和动态光散射(DLS)分析结果表明,溶胶中的SiO2粒子处于纳米量级,且两种催化条件下粒子的粒径分布存在明显差异.     

Fe3+-TiO2/SiO2光催化降解罗丹明B的研究

以硅胶为载体,采用溶胶-凝胶法制备了不同掺杂量的Fe3+-TiO2/SiO2光催化剂,并采用SEM,Raman和DRS等手段对其进行了分析和表征.以氙灯为光源,通过对可溶性染料罗丹明B的降解反应,考察了Fe3+-TiO2/SiO2催化剂的光催化活性,探讨了光催化反应中溶液pH值和起始浓度对催化反应的影响.     

溶胶-凝胶法制备钯催化剂的织构与性能

采用溶胶-凝胶法制备了Pd/Al2O3催化剂，用LLS(激光光散射)、XRD和BET等技术考察了溶液pH值对所成胶体粒子流体力学半径、相应催化剂产品孔径分布及热稳定性的影响.研究发现，由pH=4.1的胶体制备的催化剂具有良好的热稳定性和CO、C3H6的氧化活性.氧化镧添加剂可抑制Al2O3载体在高温下由γ相向α相的转化，同时也促进了催化剂上Pd粒子的生长. La2O3可提高新鲜Pd催化剂的氧化活性，但对老化后催化剂活性的提高无促进作用.     

SiO2气凝胶的制备及微孔分布

本文以正硅酸乙酯(TEOS)为原料，水和乙醇为溶剂，盐酸和氨水为催化剂，采用溶胶-凝胶，水热合成和低温冷冻干燥等工艺，制备了SiO₂气凝胶，研究了pH值、TEOS浓度及焙烧温度对气凝胶的比表面积、孔径分布的影响。结果表明：在碱性条件下，制得的气凝胶比表面积较大，孔径较窄。气凝胶在较高温度下，比表面积有所下降，孔径略微变粗。     

高比表面SiC的合成及其在CO氧化反应中的应用

采用蔗糖为碳源, 正硅酸乙酯(TEOS)为硅源, 分别以草酸、硝酸铁、硝酸镍为催化剂, 用溶胶-凝胶法制备碳化硅前驱体, 考察了制备过程中催化剂的种类以及反应温度和时间对凝胶形成的影响. 发现以硝酸铁为催化剂最有利于凝胶的形成, 碳/硅物质的量比为4的前驱体在氩气气氛1350 ℃下加热10 h, 碳热还原反应趋于完成. 以该条件下合成的多孔碳化硅(比表面积133 m2·g-1)作为催化剂载体, 通过等量浸渍法获得Pt/SiC催化剂, 将其应用于一氧化碳氧化的模型反应中. 研究结果表明该催化剂有较好的催化活性和稳定性. 引入镍助剂的PtNi/SiC催化剂能进一步提高一氧化碳催化氧化反应的活性.     

Ti-Si复氧化物载体对金催化剂上丙烯环氧化的影响

 以TiCl4和SiCl4为原料,采用水解和非水水解溶胶-凝胶两种方法制备了一系列不同Ti含量的Ti-Si复氧化物载体,继而用沉积-沉淀法制得载金催化剂. 采用X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱、 N2吸附和高分辨透射电镜对催化剂进行了表征,并考察了催化剂在氢气和氧气存在下的丙烯气相环氧化催化性能. 研究表明,钛含量在6%～14%范围内时,两种方法制得的Ti-Si复氧化物均为无定形结构,但采用非水水解溶胶-凝胶法制得的载体比表面积较高. 以非水水解溶胶-凝胶法制备的钛含量10%的Ti-Si复氧化物为载体得到的载金催化剂表现出较高的活性和选择性,反应60 min时,丙烯转化率为5.7%, 240 min后降为3.3%, 环氧丙烷的选择性稳定于95%左右. 还考察了非水水解溶胶-凝胶的陈化时间和金沉积-沉淀溶液的pH值等对反应结果的影响.     

制备条件对Au/LaCoO_3催化氧化CO性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了钙钛矿型复合氧化物LaCoO_3, 并用沉积-沉淀法(DP法)制备了Au/LaCoO_3催化剂. 考察了制备条件对催化剂催化氧化CO活性的影响. 结果表明, 制备过程中, 溶液pH、 pH调节顺序及催化剂焙烧温度对催化剂活性均有一定影响. Au/LaCoO_3催化剂的最佳制备条件为: 沉积过程中在HAuCl4溶液中先加入载体后, 再调节溶液pH=8, 得到的催化剂经250 ℃焙烧后可提高催化剂稳定性.     

介孔C/SiO2粉体的制备及对阳离子型染料的吸附

采用吸附法处理染料废水需要合适的吸附剂。利用溶剂蒸发自组装法,以甲阶酚醛树脂为碳源、介孔SiO2粉体为载体制备介孔C/SiO2粉体,表征所制C/SiO2粉体的结构,研究C/SiO2粉体对阳离子型染料亚甲基蓝和阳离子红X-GRL的吸附性能,并与相同条件下制备的非负载的多孔C粉体以及介孔SiO2载体进行比较。结果表明,介孔C/SiO2粉体的孔窗口为11~18 nm,比表面积为303 m2.g-1,比孔容为1.11 cm3.g-1;C/SiO2粉体对这两种染料吸附量均高于C粉体和SiO2载体;在pH≤10的范围内,吸附量随pH值增大而显著提高。     

二氧化钛载体强度和孔结构的关系

用BET低温氮吸附、压汞、扫描电镜等方法考察了硫酸钛-氨水解法制备的二氧化钛载体的孔结构和强度。发现最终湿凝胶的pH值强烈地影响二氧化钛载体的孔结构,各种pH的胶体所制备的载体具有不同的总孔体积(≥50埃)和孔径分布(本文中孔径都是指孔半径)。二氧化钛载体的强度随着载体总孔体积的增加,特别是>300埃的大孔部分孔体积的增加而迅速下降。不同pH的胶体在30℃干燥后,孔结构就存在很大差别,使孔结构变化较大的温度范围是30～150℃。提高载体强度的有效措施是采用较低pH值的胶体,pH值以5.0左右为好。     

高热稳定性纳米Au/TiO2催化剂的制备与表征

 采用三嵌段共聚物聚乙醚-聚丙醚-聚乙醚EO20PO70EO20 (P123)为有机模板剂合成了介孔TiO2载体,用沉积-沉淀法制得Au/TiO2催化剂. 运用N2 吸附-脱附、 X射线衍射、 X射线光电子能谱和高分辨电镜技术对催化剂的结构与形貌进行了表征. 采用P123模板剂合成的TiO2具有较均匀的介孔结构,孔径集中在6.1 nm附近,负载金后,其介孔结构保持良好,但孔径下降至5.4 nm. 400 ℃焙烧后,介孔TiO2负载的Au催化剂中Au主要以金属态存在. 负载在三种TiO2载体(介孔TiO2、溶胶-凝胶法合成的TiO2和工业TiO2)上的Au晶粒大小和分散度差异较大,其中介孔TiO2载体更有利于金的分散,以该载体制备的催化剂400 ℃焙烧后金的晶粒尺寸在1～5 nm范围内,催化剂显示了很好的CO氧化活性和抗热稳定性,即使在420 ℃焙烧,其室温下CO的转化率也在90%以上. 而溶胶-凝胶法制备的TiO2和工业TiO2负载的纳米金催化剂中,金晶粒尺寸约为10 nm,催化剂的CO氧化活性和抗热稳定性较差.     

Effect of preparation pH on pore structure of silica gels

Surface characterization of silica gels prepared at different gelation pH from water glass and sulphuric acid were made by argon adsorption at 77 K using continuous volumetric method. While microporous silica gels prepared in the pH range of 1–3 had BET surface areas of 504–571 m² g^–1, total pore volumes of 0.26–0.31 cm³ g^–1 and micropore volumes of 0.16–0.23 cm³ g^–1, mesoporous silica gels prepared in the pH range of 3.36–0.65 had BET surface areas of 374–530 m² g^–1 and pore volumes of 0.61–0.79 cm³ g^–1.     

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.     

模板剂对全硅MCM-41介孔分子筛结构的影响

分别采用十六烷基三甲基溴化铵和十六烷基三乙基溴化铵作为模板剂,硅溶胶为硅源,用水热晶化法在碱性（NaOH）介质中合成了MCM-41介孔分子筛样品.通过XRD、N2吸附-脱附、TG-DTA、IR等测试手段对这两种样品进行了对比表征分析.考察了两种不同模板剂对其晶体结构、比表面及孔径大小的影响.实验结果表明,相对于十六烷基三甲基溴化铵做模板剂,采用大头基的十六烷基三乙基溴化铵可以合成较大孔径和孔容（分别为4.72 nm和1.14 cm3•g-1）的MCM-41介孔分子筛,而且具有较窄的孔径分布,因此对于合成大孔径的介孔分子筛MCM-41,十六烷基三乙基溴化铵是一种很好的模板剂.     

钴掺杂二氧化硅膜的制备、表征及氢气分离性能

采用正硅酸乙酯(TEOS)和Co(NO3)2.6H2O为前驱体通过溶胶-凝胶法制备掺钴微孔二氧化硅膜,研究钴在二氧化硅膜材料中的存在状态、膜材料孔结构以及膜材料的气体渗透和分离性能。结果表明钴元素以Si-O-Co的形式存在于SiO2骨架之中,掺杂Co 10%的微孔SiO2膜具有典型的微孔结构,其孔体积为0.119 cm3·g-1,平均孔径在0.52 nm左右且孔径主要分布在0.4～0.55 nm之间。氢气在膜材料中的输运低温下遵循Knudsen扩散机理,高于100℃时遵循活化扩散机理,300℃时膜材料的H2渗透率达到6.41×10-7 mol.m-2.s-1.Pa-1,H2/CO2分离系数达到6.61,高于Knudsen扩散的理想分离系数。     

聚合氯化铝制备拟薄水铝石及γ-Al2O3的研究Ⅱ——表面活性剂影响探讨

本实验采用自制的聚合氯化铝溶液为原料,利用溶胶-凝胶法制备拟薄水铝石及其衍生物γ-Al2O3,采用XRD、TEM和N2吸附法对样品进行表征和分析,探讨了不同pH值、不同合成温度以及不同pluronic表面活性剂对产物结构性质的影响。结果表明:当pH值为8.5时水合氧化铝以拟薄水铝石为主;当温度为70℃时制备的产物为拟薄水铝石晶相。随着表面活性剂L64、L65和F68分子量的增加,生成的拟薄水铝石及其衍生物γ-Al2O3的物相结晶度升高,但产物的晶相没有改变。所制备的拟薄水铝石在500℃焙烧6 h后均得到γ-Al2O3,其中表面活性剂为L65时扩孔效果最佳,比表面积、孔容和孔径分别为231 m2.g-1、0.28 cm3.g-1和4.52 nm。     

同轴静电纺丝法制备TiN@MnO纤维及其电化学性能研究

本文以钛酸四丁酯和乙酰丙酮锰为起始原料,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为分散剂分别配制高分子溶液. 采用同轴静电纺丝法制备了TiN@MnO前驱体,并经氨气处理得到了具有芯-壳结构的TiN@MnO同轴纤维. 采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线能量色散谱(EDX)和物理吸附仪分析、观察和表征TiN@MnO同轴结构纤维,其比表面积达16 m2?g-1. 循环伏安曲线测试(CV)表明,在20 mV?s-1倍率下,TiN@MnO同轴纤维电极比电容保持率为2 mV?s-1倍率下的81%,充分说明TiN和MnO两种组分的协同效应提高了电极的倍率性能.     

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.     

Formation of Hierarchical Pore Structure in Silica Gel

By inducing a phase separation parallel to the sol-gel transition of alkoxy-derived silicate systems, gels with well-defined macroporous structure can be prepared. Depending on the post-gelation treatment such as aging and solvent exchange, the final pore structure in the nanometer range of dried and heat-treated gels exhibits a considerable variation. With an aim of completely controlling the hierarchical pore structure in the discrete size ranges of nanometers and micrometers, systematic experimental studies have been performed. The macroporous nature of the wet gels allows an efficient solvent exchange process compared with conventional gels only with mesopores. In addition, the surface chemistry of the wet gel skeleton affects the mesopore formation process by the solvent exchange to a great extent. The median size of mesopores larger than 5 nm can be controlled by adjusting the basic solvent exchange conditions such as pH value, temperature and bath ratio for any kind of macroporous silica gel. On the other hand, the control of pore volume independent of the mesopore size is possible only in the system incorporated with the micelle-forming surfactant. Some examples of the effects of controlled mesopores on the analytical performance of monolithic-type chromatographic columns are also presented.     

Synthesis and Characterization of Microporous Silica Prepared with Sodium Silicate and Organosilane Compounds

Microporous silica gels were prepared in the pH range of 3–4 using sodium silicate as a silica source. Surface polarity of these gels was modified by grafting hydrophobic groups into the silica gel matrix with the help of hydrophilic solvents (acetone, acetonitrile, ethanol and methanol) and alkoxysilane compounds containing nonhydrolyzable alkyl groups. The porous framework and hydrophobicity of the silica gels were evaluated using nitrogen adsorption/desorption and water adsorption measurement techniques. All the measured isotherms were found to be type I which is indicative of microporosity. The surface area and microporosity of these samples were estimated by analyzing the measured nitrogen adsorption/desorption data using BET, Langmuir and Dubinin-Radushkevich (D-R) adsorption isotherms. The micropore size distribution was determined from their nitrogen adsorption isotherms using the slit-pore model of the Horvath-Kawazoe equation. Silica gels with high surface area (over 500 m²/g) as well as high microporosity (over 0.2 cc/g) were obtained at gelation pH of 3.50 from the water-solvent system.     

The Structure Formation of Zirconium Oxide Gels in Alcoholic Solution

Zirconium oxide gels were prepared by controlled hydrolysis and condensation of zirconium-n-propoxide in alcoholic solution. After completion of the gelation the aging and drying of the alcogel was observed in situ by Small and Wide Angle X-ray Scattering experiments at room temperature. The xerogels obtained have been annealed at different temperatures to crystallization. The structural changes were observed by using SAXS and WAXS. Structural models reproducing the experimental WAXS data have been simulated by the reverse Monte Carlo method. A comparison between zirconium oxide xerogels obtained under different thermal treatments was made and evidence was found that thermal treatment at higher temperatures and preparation conditions affect the atomic arrangement of these amorphous gels.