无机气凝胶研究进展

综述了无机气凝胶的最新研究进展。分析了无机气凝胶的溶剂置换常压和和次临界干燥法制备以及硅烷基化处理常压干燥法制备,介绍了纤维增强气凝胶、多组分气凝胶和搀杂改性气凝胶。     

常压干燥制备SiO2气凝胶复合材料研究进展

SiO_2气凝胶复合材料具有低密度、低热导、高强度等优异性能,已在航空航天、石油化工、建筑保温等领域获得较好应用。然而现有成熟的超临界干燥制备SiO_2气凝胶复合材料工艺需要维持高温、高压条件,能耗高、危险性大且设备复杂,常压干燥制备工艺由于所需条件温和、设备简单,有望实现连续性规模化生产。本文结合国内外关于常压干燥制备SiO_2气凝胶复合材料的研究进展,按照颗粒、纤维等增强相的不同,对常压干燥制备SiO_2气凝胶复合材料进行综述并对其未来发展方向进行了展望。     

常压干燥法制备炭气凝胶

炭气凝胶是一种具有交联状结构的新型纳米多孔材料,它是用溶胶－凝胶法和超临界干燥工艺制成的有机气凝胶（RF）经炭化得到的。它具有比表面积大和电导率高等特性,可用作超级电容器和可充电电池理想的电极材料。通过优化传统制备炭气凝胶的工艺,成功地在常压条件下制备出了高RC比（间苯二酚为催化剂的摩尔比）的RF气凝胶和炭气凝胶。用扫描电子显微镜（SEM）、比表面积测试与孔径分布（BET）等方面对其微结构进行了研究。结果表明,常压干燥法制备的炭气凝胶具有纳米网络结构和大比表面积。用常压干燥代替了超临界干燥,大大降低了制备成本,扩展了其应用前景。     

常压制备玻璃基疏水SiO2气凝胶

以水玻璃为原料,通过三甲基氯硅烷(TMCS)和六甲基二硅氧烷(HMDSO)的混合改性剂对制备的水凝胶直接进行表面疏水改性,经乙醇洗涤后可在常压条件下干燥得到疏水SiO2气凝胶,避免了超临界干燥和大量的溶剂交换,大幅度降低了成本,并研究了溶胶pH值对凝胶过程和改性剂组成对气凝胶性质的影响。常压干燥制备的气凝胶密度和比表面积分别在100~160Kg/m3和500~720m2/g范围内。     

常压制备SiO_2气凝胶的研究进展

SiO2气凝胶是由胶体粒子或高聚物分子相互聚结、构成纳米多孔网络结构,并在空隙中充满气态分散介质的一种高分散固态材料。常压干燥制备气凝胶一直是近年来的研究热点。本文综述了常压制备SiO2气凝胶的原辅料及制备工艺的研究新进展。着重介绍了硅源、酸碱催化剂种类及制备过程中水解时间、陈化、溶剂置换、表面改性、常压干燥等工艺的优化机理及发展现状。     

疏水SiO2气凝胶的制备及表征

以聚二乙氧基硅氧烷(PDEOS)为原料,通过六甲基二硅氮烷(HMDZ)改性剂对制备的凝胶进行表面改性,并常压干燥得到疏水的SiO2气凝胶.研究了改性剂用量对气凝胶疏水性和结构的影响.疏水气凝胶与水的接触角达120°,常压干燥制备的气凝胶具有典型的气凝胶结构特征,气凝胶颗粒尺寸＜100nm,密度和比表面积分别在140～255kg/m3和480～605m2/g范围内.     

常压干燥制备TiO2气凝胶及光催化降解含油污水性能研究

以钛酸四丁酯(TBT)为原料,利用溶胶–凝胶法、小孔干燥和老化液浸泡工艺在常压下制备出了完整、无开裂的TiO2气凝胶块体.研究了小孔干燥和老化液浸泡技术对常压制备TiO2气凝胶的影响,研究结果表明:小孔干燥能够降低TiO2醇凝胶干燥过程中所受的不均匀收缩应力,而TBT醇溶液和TEOS醇溶液浸泡处理,能够增强凝胶的骨架强度,有助于减轻凝胶在干燥过程中的收缩和开裂,制备出完整的高性能TiO2气凝胶块体.基于小孔干燥和TEOS乙醇溶液浸泡老化处理,制备得到的高性能完整TiO2气凝胶块体,其密度为0.184 g/cm3,比表面积达389.5 m2/g.用高温煅烧后的锐钛矿相TiO2气凝胶催化降解渤海原油污水模拟溶液,在TiO2气凝胶加入量为400 mg/L的情况下,90 min内对渤海原油污水的去除率最高可达91%.     

稀释比对常压干燥制备炭气凝胶结构的影响

以间苯二酚和甲醛为原料,氢氧化钠为催化剂,采用溶胶-凝胶法及溶剂置换、常压干燥、炭化等后续工艺,实现了块状炭气凝胶的常压干燥法制备,并考察了稀释比对气凝胶结构性能的影响。采用XRD、BET、SEM及IR等方法对样品进行表征。结果表明:采用氢氧化钠为催化剂制备的炭气凝胶为非晶态,表观密度为1.10g/cm3,比表面积为620m2/g,平均孔径为16.0nm。实验表明,较低的稀释比更有利于制备出表观密度较小、比表面积较高的炭气凝胶。     

利用粉煤灰常压干燥合成SiO2气凝胶的研究

为了实现粉煤灰回收利用的新途径,研究了一种利用粉煤灰为硅源常压干燥合成SiO2气凝胶的工艺.通过正交实验研究粉煤灰与氢氧化钠反应生成水玻璃的最佳工艺条件;所得水玻璃溶液通过硫酸催化或树脂交换碱催化法获得水凝胶,利用三甲基氯硅烷/乙醇/正己烷对水凝胶进行改性处理,在常压干燥下制备了SiO2气凝胶.利用BET、SEM和FTIR对气凝胶的微观结构及性质进行了研究,结果表明,所得气凝胶的比表面积为362.2～907.9m2/g、孔体积为0.738～4.875cm3/g、平均孔径为7.69～24.09nm,其中树脂交换碱催化法所得气凝胶的比表面积可达907.9m2/g,孔体积达4.875cm3/g.     

纳米多孔SiO2气凝胶的常压制备及应用

采用多聚硅(E-40)为前驱体摸索了用溶胶-凝胶方法制备SiO2气凝胶的不同反应条件,探索和采用了常压干燥技术.在免除了昂贵繁琐的超临界干燥过程之后,气凝胶的制备成本下降,生产效率提高,并能成规模批量生产多种规格的SiO2气凝胶.采用适当的方法将SiO2气凝胶与聚酰亚氨和无纺布等材料进行复合,制成能耐高温的柔性隔热保温薄膜和高效吸附材料.