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。     

常压干燥法制备的炭气凝胶的电化学性能研究

采用常压干燥法制备了炭气凝胶,对所制得的炭气凝胶进行了电化学性能的测试,并与日本进口的超级电容器用超级活性炭进行比较.实验结果表明,炭气凝胶具有优良的电容性能,电双层比电容量和高扫描速度下(100mV/s)的质量比电容量分别达到21μF/cm2和89F/g,高于日本进口超级电容器用超级活性炭.     

常压干燥法制备TiO2气凝胶

以钛酸丁酯为原料, 以甲酰胺为干燥控制化学添加剂控制凝胶网络结构, 采用溶胶－凝胶法制得TiO₂醇凝胶; 结合正硅酸乙酯母液浸泡和低表面张力溶剂替换及常压干燥等后处理步骤, 实现了TiO₂气凝胶的常压干燥法制备. 采用XRD、BET、TEM、SEM、EDS及FT-IR等测试手段对样品进行表征. 结果表明：所制备的TiO₂气凝胶为无定形结构, 表观密度为0.375g/cm³, 比表面积达523m²/g, 平均孔径约9.9nm; 经850℃空气气氛下煅烧4h后, TiO₂气凝胶转变为锐钛矿型结构, 平均孔径增大到16.3nm, 比表面积仍达208m²/g. 本研究提出的制备方法简单, 所制备的气凝胶比表面积高、热稳定好.     

常压干燥法制备TiO2气凝胶

以钛酸丁酯为原料, 乙酸为有机配体, 甲酰胺为干燥控制化学添加剂(DCCA), 采用溶胶-凝胶法和溶剂置换等后续工艺, 实现了块状TiO₂气凝胶催化剂的常压干燥法制备, 并考察了有机配体对气凝胶结构性能的影响。采用XRD、BET、SEM、EDS及DSC-TG对样品进行表征。结果表明: 当有机配体与钛酸丁酯物质的量之比为0.9时, 制备的样品性能最佳, 该TiO₂气凝胶样品为非晶态, 表观密度为0.25 g·cm^-3, 比表面积716.5 m²·g^-1, 平均孔径19.1 nm; 在850℃大气气氛下热处理2 h后, 比表面积为122.4 m²·g^-1, 平均孔径23.4 nm, 具有较高光催化活性; 经1000℃热处理后, TiO₂晶型仍为锐钛矿相, 热稳定性较好, 光催化活性有所降低。未采用有机配体制备的TiO₂气凝胶表观密度为0.57 g·cm^-3, 比表面积为482.2 m²·g^-1。有机配体的使用更有利于制备出表观密度较小、比表面积较高的TiO₂气凝胶。     

常压干燥制备SiO2气凝胶的研究进展

综述了常压干燥制备SiO2气凝胶的最新研究进展,介绍了常压干燥过程中防止凝胶收缩、变形和碎裂的一些方法.     

超临界石油醚干燥和超临界二氧化碳干燥在制备有机和炭气凝胶中的比较研究

热固性酚醛树脂—羟甲基三聚氰胺经历聚合反应、溶胶—凝胶、超临界干燥和裂解过程生成了有机和炭气凝胶。比较了超临界石油醚干燥(240℃、6．0MPa下1h)和超临界二氧化碳干燥(60℃、10．0MPa下7d)在制备有机和炭气凝胶过程中的作用。结果发现：超临界石油醚干燥时间比超临界二氧化碳的显著短，虽然前者制备的有机气凝胶的BET比表面和中孔孔容比后者小，但前者制备的有机气凝胶在热裂解过程中的热稳定性比后者好，因此，超临界石油醚干燥制备的炭气凝胶的BET比表面和中孔孔容均比超临界二氧化碳的大。超临界石油醚干燥可以替代超临界二氧化碳干燥来制备炭气凝胶。     

炭气凝胶及其研究进展

经溶胶－凝胶，超临界干燥和炭化过程制备的炭气凝胶量种新型轻质纳米级多孔无定形炭素材料，具有许多优异性能和广阔应用前景。     

常压干燥制备炭气凝胶及其电化学行为的研究

以甲酚为原料，添加适量的间苯二酚，在氢氧化钠催化作用下与甲醛聚合，经溶胶凝胶、溶剂置换、常压干燥和900℃炭化过程可制备纳米多孔材料炭气凝胶。N2吸附测试表明所制备炭气凝胶BET比表面积高于500m^2／g，在8nm～20nm范围具有集中的孔径分布，适合于做双电层电容器的电极材料。采用电化学阻抗谱测试电极的电化学行为，结果显示炭气凝胶电极在1mol／L的H2SO4电解液中的体积比电容接近70F／cm^3，质量比电容最高达97F／g。     

利用离子液体制备无机气凝胶的研究进展

气凝胶具有三维纳米多孔网络结构,独特的结构使它具有低密度、高比表面积和高孔隙率等性质以及低热导率、低介电常数和低声传播速率等性能,在隔热、介电、隔声、催化、吸附等领域具有广阔的应用前景。然而,溶剂-凝胶法作为目前制备气凝胶最成熟、应用最广的技术,需要使用大量的有机溶剂,严苛而危险的超临界干燥工艺进一步推高了成本,限制了气凝胶的大规模工业化生产和应用,因此,降低成本和在常压干燥条件下制备高比表面积的块状气凝胶是气凝胶产业急需解决的问题。离子液体被称为21世纪的绿色溶剂,具有低蒸气压、低表面张力、高催化性和高溶解性等特殊性质。离子液体与气凝胶材料的发展几乎同步,但直到2000年两种材料才产生交集。离子液体作为模板剂具有微观结构导向作用,使纳米孔结构均一化,其不挥发性和低表面张力保证了老化和常压干燥过程中纳米孔结构不会因毛细管力而坍塌破坏,另外其催化作用可以缩短凝胶时间。因此,离子液体为常压干燥合成气凝胶提供了新的工艺路线。目前,有关借助离子液体制备SiO_2气凝胶、TiO_2气凝胶、SiO_2-TiO_2复合气凝胶、炭气凝胶等无机气凝胶的探索均已展开,其中制备SiO_2气凝胶的研究最多,涉及工艺、微观结构、掺杂和应用等方面。通过常压干燥可获得比表面积高达677m2/g的块状气凝胶,通过选用不同的离子液体还可以控制纳米孔的微观形貌,所得SiO_2气凝胶产物在电化学、生物、吸附等领域有较高的应用潜力。利用离子液体替代有机溶剂可以使得到的TiO_2气凝胶不经煅烧即含有锐钛矿相,通过金属原子Ag、Fe、Ge等掺杂改性,可进一步提高锐钛矿相的结晶度,提升其光催化性能。利用离子液体制得的SiO_2-TiO_2复合气凝胶具有一定强度和良好的光催化活性。此外,除在传统的溶胶-凝胶法中用作模板剂或催化剂外,离子液体还可作为新型的炭源用于制备炭气凝胶,即通过熔盐法高温炭化裂解离子液体"自上而下"直接制备。这种方法可以制备杂原子在原子水平上均匀分布的功能化炭气凝胶,无需制备有机气凝胶前驱物,极大缩短制备周期,并且炭气凝胶产物的比表面积相对更高,得到了科研界的广泛关注。本文介绍了离子液体在气凝胶材料合成过程中的作用原理,归纳了借助离子液体制备前述几种重要的无机气凝胶的国际研究状况。     

亚临界干燥制备疏水SiO2气凝胶

以E－40（多聚硅氧烷）为硅源,三甲基氯硅烷的异丁醇溶液为干燥介质,用溶胶凝胶法,在亚临界条件下制备出疏水的SiO2气凝胶,通过SEM,孔径分布,比表面积,接触角以及红外光谱的测试对其物性进行了研究,结果表明,所制备的SiO2气凝胶具有典型的纳米网络结构,比表面大具具有疏水性能,亚临界干燥使得制备压力从6．4MPa降低到2．3MPa,降低了制备成本和风险,同时疏水性能提高了SiO2气凝胶环境适应性,从而十分有利于气凝胶的商业应用。     

酚醛-糠醛基炭气凝胶的合成和表征

用低软化点线性酚醛树脂和糠醛为原料以正丙醇为溶剂在盐酸催化下经溶液-溶胶-凝胶过程合成了醇凝胶，将其在石油醚（30℃-60℃）中，超临界条件250℃，7MPa下干燥1h获得酚醛-糠醛比的增加，炭气凝胶的大孔和中孔孔容分别减小，大孔孔容变化幅度较大，微孔孔容很小。TEM图片表明：炭气凝胶的纳米骨架随酚醛-糠醛比的增加而增大。     

小角X射线散射研究制备炭气凝胶过程中凝胶的微结构演化

酚醛树脂和羟甲基化蜜胺在碱性水溶液中在80℃水浴中反应5d经溶胶－凝胶过程形成了水凝胶。水凝胶经丙酮置换产生酮凝胶，而后经超临界二氧化碳干燥生成有机气凝胶。有机气凝胶在氮气氛中800℃下裂解3h形成了炭气凝胶。采用小角X－射线散射技术和散射理论对上述四种凝胶的微结构进行了分析。结果发现：水凝胶粒子是单分散的，被水溶胀并在0．15nm处有强的散射峰，表明具有纳米尺度的空间周期结构，这种结构是通过不稳态纳米尺度相变－旋节微相分离产生的。由丙酮置换产生的酮凝胶也是单分解的，被丙酮稍微溶胀并在0．15nm具有肩峰，表明水凝胶在溶剂置换过程中发生轻微团聚产生的大粒子在较小角处发生强烈的散射致使强峰演化成肩峰。有机气凝胶和炭气凝胶都是多分散的，在小角处没有散射峰，表明在超临界干燥过程中粒子的团聚继续发生惜驳分散性并掩盖了纳米尺度的空间周期结构致使散射峰消失。有机气凝胶中存在的扩散界面层在其裂解过程中消失，这可能是由于在裂解过程中扩散界面层向粒子迁移以降低界面能所致。从小角X－射线散射数据用Shull-Roess法得到的有机气凝胶和炭气凝胶的回转半径分布比较可知，在裂解过程中，粒子的团聚长大、质量损失和致密化共同作用的结果使得炭气凝胶的回转半径分布比较可知，在裂解过程中，粒子的团聚长大、质量损失和致密化共同作用的结果使得炭气凝胶的回转半径分布比有机气凝胶稍宽，最可几回转半径稍微减少。     

炭气凝胶及其研究进展

经溶胶－凝胶、超临界干燥和炭化过程制备的炭气凝胶是一种新型轻质纳米级多孔无定形炭素材料，具有许多优异性能和广阔应用前景。本文综述了气凝胶的发展概况，总结了炭气凝胶的制备方法、性能及用途，分析了目前存在的问题和发展前景。     

苯酚-间甲酚-糠醛基炭气凝胶的制备及微结构控制

以苯酚、间甲酚和糠醛为原料,在正丙醇溶剂中以盐酸为催化剂经溶胶-凝胶过程合成了醇凝胶,直接超临界正丙醇干燥得到有机气凝胶,在氮气保护下裂解制备出富含中孔的炭气凝胶.用IR、N2吸附、SEM、TEM等表征气凝胶的结构特征,考察了问甲酚苯酚摩尔比对凝胶结构的影响.结果发现:提高间甲酚的含量能够增强聚合物的交联密度,减小聚合物与溶剂的相溶性,缩短相分离时间,有利于得到较小的纳米颗粒和孔径的炭气凝胶.所制得的炭气凝胶平均中孔孔径随间甲酚含量的增加从47 nm逐渐减小至13 nm,BET比表面积和中孔孔容在m-C/P=0.33时达到最大值.