共前驱体法常压干燥制备透明二氧化硅气凝胶的方法
常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺研究
常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺研究1. 引言1.1 研究背景二氧化硅气凝胶是一种广泛应用于吸附、隔热、隔声等领域的功能材料。
其具有高比表面积、低密度、良好的介电性能和热稳定性等优点，因此受到了广泛关注。
常压干燥是一种常用的制备气凝胶的方法，可以在常温下通过蒸发溶剂将胶体颗粒形成多孔结构，得到气凝胶材料。
常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺存在着一定的问题和挑战，如颗粒聚集、孔隙结构不均匀等。
有必要对常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺进行深入研究，以提高气凝胶材料的性能和稳定性，拓展其应用领域。
本研究旨在探讨常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺，分析其影响因素，优化制备工艺，并展望其在吸附、隔热等方面的应用前景。
【研究背景】1.2 研究目的研究目的是通过常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺研究，探索优化制备工艺，提高气凝胶的制备效率和性能，并应用于更广泛的领域。
具体来说，研究目的包括以下几个方面：研究常压干燥制备二氧化硅气凝胶的方法和工艺参数，寻找最佳制备工艺，提高气凝胶的制备效率和品质；对制备的气凝胶进行性能表征，包括孔结构、比表面积、孔径分布等，从而了解气凝胶的物理和化学性质；分析影响气凝胶性能的因素，如原料选择、干燥条件等，并进行优化工艺，进一步提高气凝胶的性能和稳定性；展望二氧化硅气凝胶在储能、传感、隔热等领域的应用前景，为其产业化和商业化提供技术支持和发展方向。
【2000字】.2. 正文2.1 制备方法常压干燥制备二氧化硅气凝胶的制备方法主要包括溶胶凝胶法和超临界干燥法两种。
溶胶凝胶法是指将硅源溶解于适量的溶剂中，加入催化剂和控制剂，经过酸碱中和、定向水解和缩聚，形成二氧化硅溶胶。
随后，将溶胶经过成型和固化处理，得到凝胶体。
进行干燥处理，得到二氧化硅气凝胶制品。
而超临界干燥法则是将溶胶体直接置于高压高温的超临界条件下，采用超临界流体作为介质，利用超临界流体的溶解能力将溶剂从凝胶中溶解出来，实现非常快速的干燥过程。
常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺研究
常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺研究【摘要】本文主要研究了常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺。
通过分析常压干燥工艺流程、影响因素、工艺优化探讨、气凝胶性能测试和干燥效果比较，得出了制备气凝胶的最佳工艺参数。
实验结果表明，优化后的工艺能够制备具有优良性能的二氧化硅气凝胶。
对常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺进行了总结，并展望了其在未来的应用前景。
本研究有助于推动气凝胶材料在各个领域的应用和发展。
【关键词】常压干燥、二氧化硅气凝胶、制备工艺、影响因素、工艺优化、性能测试、干燥效果、结论、展望、应用前景1. 引言1.1 背景介绍二氧化硅气凝胶是一种具有微孔结构和极低密度的固体材料，具有优异的绝热性能、吸附性能和光学性能，在航空航天、能源领域、制冷保温等方面有广泛的应用。
常压干燥制备二氧化硅气凝胶是一种简单、经济的制备方法，其通过溶胶-凝胶法制备溶胶，再经过固定化剂交联、稀释和干燥等步骤得到气凝胶产品。
常压干燥工艺相对于高温高压干燥工艺来说，操作简单，能够保留原料的微观结构，提高气凝胶的物性性能。
由于常压干燥工艺具有便捷性和经济性，因此对其进行深入研究，探索其制备二氧化硅气凝胶的工艺参数和性能优化具有重要意义。
本文旨在通过对常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺进行研究，为其在实际应用中提供更好的参考和指导。
1.2 研究目的本研究旨在探究常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺，通过对不同工艺参数的调节和优化，实现对气凝胶性能的提升和干燥效果的改进。
具体目的包括以下几点：1. 确定常压干燥工艺流程，建立稳定的制备方法；2. 分析影响气凝胶品质的关键因素，寻找最佳制备条件；3. 探讨工艺优化的可行性，提高气凝胶的比表面积和孔隙结构；4. 对制备的气凝胶进行性能测试，评估其吸附性能和力学性能；5. 对常压干燥和其他常见干燥方法进行比较，探讨其优劣势及适用范围。
通过以上研究目的，旨在为常压干燥制备二氧化硅气凝胶提供更科学、更有效的工艺方法，并为气凝胶在吸附材料、隔热材料等领域的应用奠定基础。
常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺研究
1前言硅气凝胶作为催化剂载体和隔热材料具有广阔的应用前景。
然而，由于硅气凝胶的制备需使用昂贵的有机前体（原硅酸盐或原硅酸甲酯）作为硅源来制备醇凝胶并在超临界干燥条件下除去溶剂醇，这需要更高的温度和压力（乙醇的临界温度是243.10℃，临界压力为6.3MPa；CO 2的临界温度为31.1℃，临界压力为7.29MPa ）。
对干燥容器的高需要求大大增加了气凝胶的成本。
同时，操作可能很危险。
气凝胶制备成本高且风险大，阻碍了气凝胶的工业生产。
2实验准备用磁力搅拌器在烧杯中混合聚氧硅氧烷和乙醇，并缓慢加入水和催化剂。
继续搅拌2min 直至反应物完全混合。
将混合物倒入密封管中，并将其置于60℃水浴中。
凝胶形成后（管体倾斜45°，管内液体不明显流动，表明溶胶已凝胶化），加入一定量的无水乙醇继续老化，无水乙醇为每24h 更换一次。
有效期为4天。
将改性剂（甲基三乙氧基硅烷）加入正己烷溶液中，密封在凝胶管中，在60℃水浴中进行表面改性72h。
改性后，倒出改性液体，用正己烷清洗凝胶，直至改性剂不含正己烷。
最后，在60℃下干燥48h，得到硅胶。
通过SEM 观察二氧化硅的形态。
通过傅立叶变换红外光谱仪（ftir ）研究表面改性反李万景,汪勇,李建彬（江苏脒诺甫纳米材料有限公司，宜兴214221）SiO 2气凝胶的工艺研究现状与发展进行综述，考虑到传统制备SiO 2气凝胶的超临界干燥工艺存在工艺复杂、设备昂贵、产率低、安全隐患大且难以实现产业化生产等缺点，本文通过对溶胶凝胶过程等工艺的优化，采用常压干燥法制备出成块性较好的疏水性SiO 2气凝胶，主要探讨了表面改性剂和常压干燥介质对气凝胶成块性和物理性能的影响。
气凝胶；干燥工艺应。
表面积用NDVA1000孔径分布分析仪测定气凝胶含量，用流体静力学平衡法测定水凝胶的密度。
通过测量气凝胶表面上水滴的润湿角来表征气凝胶的疏水性。
3凝胶过程PDEOS（A）类似于原硅酸四乙酯的预聚物，对应于原硅酸四乙酯的多次水解缩合。
常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺研究
常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺研究
1.实验原理
二氧化硅气凝胶是一种多孔均质的材料，其特点是具有超大比表面积和孔径分布范围广、孔隙度高等特点。
其制备方法主要包括溶胶凝胶法、超临界干燥法、微乳化法、湿法气凝胶法、常压干燥法等。
本实验采用常压干燥法制备二氧化硅气凝胶，其制备过程主要包括溶胶制备、凝胶形成和常压干燥三个步骤。
2.实验步骤
（1）溶液制备：将硝酸银、硅酸钠分别溶解在去离子水中，搅拌均匀后混合，得到初级溶胶。
（2）凝胶形成：将初级溶胶在常温下反应，得到凝胶。
（3）常压干燥：将凝胶放入干燥箱中，通入氮气，进行常压干燥。
3.实验条件
本实验的实验条件如下：
（1）硝酸银浓度：0.05 mol/L
（3）搅拌时间：2 h
（5）干燥温度：70℃
（6）氮气气流速度：5 L/min
4.实验结果
通过常压干燥制备的二氧化硅气凝胶样品经过表征，得到了以下结果：
（1）样品呈现白色，外观为多孔均质的结构。
（2）比表面积：363 m2/g
（3）孔径分布：主要在3-20 nm范围内，平均孔径为10.5 nm。
（4）孔隙度：达到76.1%。
常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺研究
常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺研究
二氧化硅气凝胶是一种介孔材料，具有高度的比表面积和孔隙结构，具有广泛的应用前景。
常压干燥制备二氧化硅气凝胶是一种简单、经济且有效的方法。
本文将对常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺进行研究，并探讨其制备条件和影响因素。
常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺步骤如下：
1. 水合胶体溶液的制备：将硅酸盐溶液与酸性溶液混合，生成胶体溶液。
2. 凝胶形成：将胶体溶液静置一段时间，形成凝胶体。
3. 干燥处理：将凝胶体在恒温下自然干燥，去除水分，形成二氧化硅气凝胶。
制备条件是影响二氧化硅气凝胶性能的重要因素。
首先是溶液浓度和酸碱度，这会影响凝胶形成速度和凝胶体的微观结构。
适当的溶液浓度和酸碱度可以使凝胶形成均匀、有序，提高二氧化硅气凝胶的孔隙结构和比表面积。
其次是凝胶形成时间和温度，这会影响凝胶体的稳定性和孔隙结构。
合适的凝胶形成时间和温度可以使凝胶形成充分、稳定，并且孔隙结构分布合理。
再次是干燥时间和温度，这会影响气凝胶的收缩程度和孔隙结构。
适当的干燥时间和温度可以使气凝胶收缩度小，孔隙结构保持较好。
常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺研究
常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺研究二氧化硅气凝胶是一种极其多孔且具有优异特性的材料，广泛应用于催化剂载体、吸附剂、光学薄膜、传感器等领域。
常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺具有简单、成本低廉、易于操作等优点，因而备受关注。
本文将从原料选择、溶胶制备、凝胶形成、干燥工艺等方面，对常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺进行详细研究。
在原料选择方面，通常可以选择硅酸乙酯（TEOS）作为硅源。
硅酸乙酯在常温下稳定性良好，并且易于与其他溶剂混合，适合制备溶胶。
还可以选择乙醇作为稀释剂，以水为催化剂，加入适量的酸催化剂（如盐酸）进行水解反应。
在溶胶制备方面，通常将硅酸乙酯与稀释剂（乙醇）混合，加入适量的催化剂搅拌均匀。
然后，将水逐渐加入混合物中，同时继续搅拌。
在加水的过程中，会发生水解反应，生成氢氧化硅凝胶。
水解反应的速度取决于催化剂的浓度和温度等因素。
水解反应完成后，继续搅拌一段时间，使溶胶中的颗粒均匀分散。
接下来，凝胶形成是制备二氧化硅气凝胶的关键步骤。
在溶胶制备过程中，水解反应会生成氢氧化硅凝胶颗粒，这些颗粒会在溶胶中自发形成网络结构。
凝胶形成的速度取决于水解反应的速率，一般情况下，需要等待数小时到数天的时间。
凝胶形成后，需要进行适当的老化过程，使凝胶网络更加稳定。
进行干燥工艺。
常压干燥是一种简单且常用的方法。
将湿凝胶置于通风处风干一段时间，使其表面形成硬壳，然后将湿凝胶置于密闭容器中，通过自然蒸发将水分逐渐脱除，最终得到二氧化硅气凝胶。
为了提高干燥速度，可以考虑增加湿凝胶的表面积，例如通过破碎、颗粒化等方式。
常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺包括原料选择、溶胶制备、凝胶形成和干燥工艺等步骤。
通过优化这些步骤，可以获得具有理想孔结构和优异特性的二氧化硅气凝胶材料。
二氧化硅气凝胶的常压干燥法制备与性能研究
二氧化硅气凝胶的常压干燥法制备与性能探究引言二氧化硅气凝胶作为一种新型多孔材料，具有低密度、高比表面积和良好的热稳定性等优点，被广泛应用于催化剂支撑体、热绝缘材料、吸附材料等领域。
其常压干燥法制备具有操作简便、成本低廉等优势，因此在实际应用中具有潜力。
本文针对二氧化硅气凝胶的常压干燥法制备与性能进行了详尽探究。
常压干燥法制备二氧化硅气凝胶的常压干燥法制备主要包括溶胶凝胶法和凝胶树脂法。
溶胶凝胶法是将硅源和溶剂混合制成溶胶，经固化凝胶化后在常压下干燥得到气凝胶。
凝胶树脂法则是将硅源和某种高分子凝胶剂混合制成凝胶，再在常压下干燥制备气凝胶。
性能探究1. 结构性能：通过扫描电子显微镜(SEM)观察二氧化硅气凝胶的形貌结构，结果显示其呈现多孔络合结构，孔径分布匀称。
使用BET比表面积测试仪测定气凝胶的比表面积，结果显示其比表面积达到数百平方米/克级别，具有很大的吸附能力。
2. 热稳定性：通过热重分析仪对二氧化硅气凝胶进行热稳定性测试，结果显示其在高温下保持稳定，失重量分外低，表现出良好的热稳定性。
3. 吸附性能：通过氮气吸附/脱附试验测试气凝胶的孔隙结构和吸附性能。
结果显示其具有较高的孔隙体积和孔径分布，适用于各种气体的吸附。
此外，对二氧化硅气凝胶进行染色后，可以用于吸附有机染料等物质。
4. 机械性能：通过载荷曲线测试机对气凝胶进行拉伸试验，结果显示其具有较好的拉伸强度和延展性，具备良好的机械性能。
应用前景为其在催化剂、热绝缘、吸附等领域的应用提供了理论基础和试验依据。
同时，常压干燥法具有操作简便、成本低廉等优势，适用于大规模制备。
因此，二氧化硅气凝胶的常压干燥法制备具有宽广的应用前景。
结论本文通过对常压干燥法制备的二氧化硅气凝胶进行性能探究，得出了以下结论：二氧化硅气凝胶具有多孔络合结构、高比表面积、良好的热稳定性和吸附性能；常压干燥法制备简便、成本低廉，适用于大规模制备；二氧化硅气凝胶具有宽广的应用前景。
二氧化硅气凝胶的常压制备及其特性研究
第39卷第2期河南大学学报(自然科学版)V ol.39N o.2 2009年3月Journal of H enan U niver sity(N atur al Science)M ar.2009二氧化硅气凝胶的常压制备及其特性研究李华1,乔聪震2*,牟占军1(1.内蒙古工业大学化学化工学院,呼和浩特010051;2.河南大学化学化工学院,精细化学与工程研究所,河南开封475001)摘要:以正硅酸乙酯为原料,先采用溶胶-凝胶法制备湿凝胶,然后浸泡在反应溶液中进行老化,再利用正己烷进行溶剂交换,三甲基氯硅烷进行表面改性,最终获得轻质多孔二氧化硅气凝胶.进一步考察了凝胶时间随乙醇和水的不同加入量和pH值的变化,利用F T IR、XRD和SEM等方法对二氧化硅气凝胶表征.结果表明,所制备的疏水SiO2气凝胶的密度、比表面积和孔隙率分别为77~200kg#m-3,500~750m2g-1和85%~95%,其颗粒尺寸为50~200nm.关键词:二氧化硅;气凝胶;常压干燥中图分类号:O648.17文献标志码:A文章编号:1003-4978(2009)02-0153-05The Synthesis and Characteristic of Silica Aerogels byAmbient Pressure Drying ProcessLI H ua1,QIAO Cong-zhen2*,M U Zhan-jun1(1.College of Chemistr y and Chemical Engineer ing,I nner M ongoli a Univ er sity of T echnology,H uhehaote010051,China;2.Co llege of Chemistr y and Chemical Eng ineer ing,I nstitute of f ine chemistr y and Engineer ing,H enan Univ er sity,H enan K aif eng475001,China)Abstract:U sing tetraethox ysilane(T EOS)as the silica so ur ce,silica aer ogels w ere synthesized via so-l gel and ambient dry ing pro cess.In o rder to enhance the w et gel,measur es such as pr olo nging ag ing t ime;chang ing solvent and trimethylchlo ro silane(T M CS)/hexane modification w ere adopted.T he sy nt hesized silica aero gel was a light, po rous and crack-free solid.T he influences o f cataly st mass,H2O and ethano l on g el time wer e also studied.T he micro str uctur e,mo rpho lo gy and pro per ties of the aero gels w ere cha racterized by F T IR,X RD and SEM.T he density,the specific surface area,po rosity and part icle diameter o f hydrophobic SiO2aer og els rang e fr om77to200 kg!m-3,500to750m2g-1and88%to93%and50t o200nm,respectiv ely.Key words:silico n diox ide;aer og el;ambient dry ness气凝胶是由胶体粒子缩聚而成的一种轻质纳米多孔非晶固体材料,其孔洞率高达99.8﹪,孔洞尺寸1~100nm,比表面积高达200~1000m2#g-1,密度变化范围3~500kg#m-3,具有许多特殊的性质和广阔的应用前景[1-3].传统的制备方法常用水玻璃为原料,这样容易引入氯盐杂质而增加后处理过程[4].在干燥方面,国外采用超临界干燥消除凝胶表面张力,从而获得轻质多孔块状气凝胶,但这种方法增加了生产成本,不容易实现工业化[5].国内采用常压干燥制备效果不很理想,往往得不到块状凝胶[6-8].作者以正硅酸乙酯为原料,通过溶胶-凝胶法制得湿凝胶,老化后进行溶剂交换,然后改性,在常压下制得轻质块状疏水二氧化硅气凝胶;系统地考察了溶剂(乙醇和水)用量以及溶液pH值对溶胶凝胶化时间的影响,并用红外、扫描电镜和X射线衍射等技术手段分析气凝胶的结构和一些物理性质.收稿日期:2008-09-20基金项目:河南省教育厅自然科学研究项目资助(2007530002)作者简介:李华(1981-),女,河南开封市人,硕士研究生.*通讯联系人,男(1965-),河南南阳人,博士,教授,硕士生导师.E-mail:qiaocongzhen@154 河南大学学报(自然科学版),2009年,第39卷第2期1 实验1.1 凝胶的制备以正硅酸乙酯为原料,按一定摩尔比加入水和乙醇,搅拌90min,再用盐酸调pH 值为3.0~ 4.0,混合均匀后静置24h,使正硅酸乙酯充分水解;然后再开始搅拌,加入稀氨水调pH 为6.0~7.0,最后倒入烧杯置于密闭干燥器中凝胶,凝胶形成以后室温下老化两天.1.2 气凝胶的制备将老化完毕的凝胶放入正己烷中浸泡,48h 内将浸泡液正己烷更换三次,把湿凝胶中残留的水和乙醇置换出来.然后将U =10%的三甲基氯硅烷的正己烷溶液加入置换完毕的凝胶中,对其进行表面改性2~4d.最后把液体除去放入干燥器内干燥两天,再放入烘箱中干燥,温度从30e ~70e 程序上升,即可得到二氧化硅气凝胶.1.3 SiO 2气凝胶的表征1.3.1 表观堆密度的测定多孔性物质的密度是其孔隙结构、化学组成和相组成的反映.密度测量时将制得的硅气凝胶用刀片切成规则的几何体,测量其体积和质量,然后计算出密度.由文献[9]理论计算密度公式可得Q =TEOS 中SiO 2的质量反应混合物总体积@(1-干燥后体积总收缩率).1.3.2 扫描电镜观测使用JSM 5600LV 型扫描电子显微镜观测典型气凝胶的网络结构和颗粒大小疏密分布,分别放大250倍和3000倍,以改性后的疏水气凝胶和未改性的气凝胶作对比.1.3.3 红外光谱分析使用AVAT AR360型傅里叶变换红外仪,对气凝胶产品做红外光谱分析,测定改性效果.1.3.4 比表面积的测定用ASAP 2010型比表面分析仪测定改性前后二氧化硅气凝胶的比表面积大小.2 结果与讨论2.1 气凝胶的红外光谱图1 二氧化硅气凝胶疏水前后的红外光谱Fig.1 Fo urier transfor m inf rared spectr oscopy (F T IR)spectra o f SiO 2aerog el prepared under differ ent pro cessing图1为二氧化硅气凝胶疏水处理前后的红外光谱,谱线a 为疏水处理后仅在酸性催化剂条件下制得的二氧化硅气凝胶的红外光谱曲线,谱线b 为疏水处理后二氧化硅气凝胶的红外光谱,谱线c 为疏水处理前二氰化硅气凝液的红外光谱.在846.68cm -1处出现的峰代表Si-CH 3伸缩振动,并且随着疏水试剂加入量的增加此峰强增加,这说明二氧化硅气凝胶在疏水处理后骨架表面接上了硅甲基,而由郎伯-比耳(Lamber -Beer)定律[10],物质的吸光度与试样的浓度成正比的关系,由此可以知道随着疏水试剂的加入量增大,在材料中获得的疏水基团就越多.在1081.35cm -1,757.76cm -1,450.85cm -1出现的峰分别代表Si-O-Si 的反对称伸缩振动、对称伸缩振动以及弯曲振动,因为该二氧化硅气凝胶材料中间的网络骨架结构是Si-O-Si,该基团的含量较高,因而在红外光谱上峰强度明显比其它峰的强度大.在3000cm -1附近各出现一个小峰代表Si-O -C 2H 5,说明二氧化硅气凝胶仍含有少量未水解的Si-O-C 2H 5,这是由于二氧化硅气凝胶在制备过程中经历了一个水解、缩聚的可逆平衡过程.在3445.63李华,等:二氧化硅气凝胶的常压制备及其特性研究155cm-1附近出现的峰代表反对称O-H伸缩振动;在1634.59cm-1附近出现的峰代表O-H弯曲振动;在947.57cm-1附近出现的峰代表Si-OH的伸缩振动,疏水处理后上述三峰均减弱,而且随着疏水剂量增加各峰均明显减弱直至几乎消失,这说明二氧化硅气凝胶在疏水处理后仍含有少量硅羟基,但是数量比疏水处理前显著减少.2.2二氧化硅气凝胶的物理特性2.2.1气凝胶的微观形貌在实验室制备的纯二氧化硅气凝胶为无色透明块状固体,质地比较坚硬;而用三甲基氯硅烷改性后的二氧化硅气凝胶为无色半透明轻质烟灰状块状固体,密度非常小.图2和图3分别为纯二氧化硅气凝胶和改性后二氧化硅气凝胶的扫描电镜图,从图上可以看到纯二氧化硅气凝胶的颗粒比较紧密,而改性后的二氧化硅气凝胶颗粒比较疏松.这是因为纯二氧化硅气凝胶加入T M CS改性剂以后,原来表面上的-OH被疏水基团-O-Si(CH3)2-所取代,而疏水基团-O-Si(CH3)2-比-OH要大,所以从图片上可以看出改性后的二氧化硅气凝胶比纯二氧化硅气凝胶结构要疏松.图2纯二氧化硅气凝胶的SEM图图3改性二氧化硅气凝胶的SEM图Fig.2SEM pho tog raph of pur e SiO2g el Fig.3SEM pho tog raph o f modified SiO2gel2.2.2气凝胶的材料晶形改性与未改性的二氧化硅气凝胶组成成分均由二氧化硅组成,通过X射线衍射可知曲线不显示明显的特征衍射峰,而只有二氧化硅的非晶弥散峰,并且该峰强度比较小,这表明它们的组成为无序非晶二氧化硅.2.2.3气凝胶的比表面积表1二氧化硅气凝胶的物理特性T ab.1T he physical char acter of SiO2aer ol g el密度/(g#m-3)孔隙率/%表面积/(m2#g-1)凝胶外形纯SiO2气凝胶0.256082.6232块状玻璃态改性SiO2气凝胶0.077995.3482轻质烟灰状由实验数据可知,改性后的SiO2气凝胶质地比较好,孔隙率高,表面积大,是负载催化剂和药物的优质载体;而纯SiO2气凝胶的孔隙率和表面积都比较小,不利于负载催化剂或药物.2.3pH值对凝胶时间的影响实验中所采用的配比为V(TEOS)B V(H2O)B V(EtOH)=1B3.75B8.0,未加入催化剂时混合液的pH值约为3.5左右,未加入催化剂时14d内凝胶也不易形成,而加入稀盐酸可以加速硅酸乙酯的水解,加入稀氨水可以促进水解后的溶液发生缩聚.如果单加入稀盐酸为催化剂室温下凝胶时间约7d左右,但是在加入稀盐酸反应一段时间后再加入稀氨水,几分钟后就可以形成凝胶.加入氨水的浓度不能太大,当pH 值大于7.0时凝胶瞬间形成白色沉淀,透明度很低.pH对凝胶时间的影响如图4所示.由图4可见,溶液呈现酸性时,难于形成凝胶.加入盐酸后,可能是H+首先进攻T EOS分子中的一个OR使其质子化,进而硅原子核的另一侧表面空隙加大并呈现亲电子性,负电性较强的Cl-才得以进攻硅原子核导致TEOS的水解.由于存在四个OR,位阻大且不利于形成稳定的正电荷,使得Cl-的进攻困难才导致水解速率仍然较低.然而,在加入转变为碱催化后,半径较小的OH-离子可以直接进攻硅原子核使其在中间过程呈负电性,电子云将向另OR基团偏移,使其156 河南大学学报(自然科学版),2009年,第39卷第2期Si O 键被削弱倾向断裂,直至水解,且水解速度加快.但是,单纯以碱作催化剂时,在T EOS 水解的初期可能因四个OR 的位阻效应而使第一个OH 基置换困难.因此,较理想的凝胶方法是先酸催化后碱催化,整体上使凝胶时间得以缩短.图4 pH 值对凝胶时间的影响F ig.4 Effect of pH value on the felation t ime of SiO 2sol2.4 水的用量对凝胶时间的影响固定V (TEOS)B V (EtOH )=1B 8.0,先用稀H Cl 调溶液pH 值为3.0~4.0,再用稀氨水调溶液pH 值为6.0~7.0,测定不同加水量对凝胶时间的影响,如图5所示设水与TEOS 的摩尔比为n,由图5可以看出,当n =7.0时凝胶时间最短,反应生成的凝胶比较不稳定.T EOS水解所需水的化学计量比为4,当n <4时,随着加水量的增大凝胶时间迅速下降,因为加水量的增多促进了水解反应的进行,使溶液粘度增大促进缩聚物的交连,从而使凝胶时间减少;当n >4时,随着加水量的增加,凝胶时间继续减小;当n =7.0时,凝胶时间最短,然后随着加水量的增多凝胶时间逐渐增加.因为当n >8时水的加入量远大于化学计量数,使溶液粘度降低浓度减小,凝胶时间延长.2.5 EtOH 的用量对凝胶时间的影响固定V (TEOS)B V (H 2O)=1B 3.75,先用稀H Cl 调溶液pH 值为3.0~ 4.0,再用稀氨水调溶液pH 值为6.0~7.0,测定不同乙醇加入量对凝胶时间的影响,如图6所示.由图6可见,随着乙醇加入量的增多,凝胶时间逐渐增长,因为乙醇并不参与此反应的进行,随着它的加入逐步稀释了反应溶液,使凝胶时间延长.但是加入无水乙醇的量也不能太少,因为水与硅酸乙酯不能互溶,无水乙醇的加入促进了二者的溶合,增加了接触面积,从而缩短了凝胶反应时间.2.6 气凝胶的密度参照文献[11]把气凝胶装入量筒中,压紧后测得其高度h,半径r,所得气凝胶质量为m .利用公式得出所制备气凝胶密度约为77~200kg #m -3.图5 水对凝胶时间的影响Fig.5 Gelation time v s amount o f wateradded 图6 乙醇用量对凝胶时间的影响Fig.6 Gelation time v s.amount of EtO H added3 结论1)研究发现,凝胶时间随着乙醇和水加入量的增多而呈现先降低达到一个最低值然后再升高的趋势;而随着pH 值的增大凝胶时间逐渐缩短.2)FT IR 、XRD 和SEM 等测试表明,所制得的二氧化硅气凝胶具有良好的疏水性,空间结构比较致密,轻质多孔,比未改性的纯二氧化硅气凝胶具有更好的物理特性.李华,等:二氧化硅气凝胶的常压制备及其特性研究157参考文献:[1]高秀霞,张伟娜,任敏等.硅气凝胶的研究进展[J].长春理工大学学报,2007,30(1):86-91.[2]李雪,赵海雷,李兴旺等.硫酸-水玻璃体系的成胶特点[J].化工学报,2007,58(2):501-506.[3]Stolarski M,Walendziewski J,Steining er 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常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺研究
常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺研究
常压干燥制备气凝胶是一种已经广泛应用的制备方法之一，其制备过程简单，易操作，不需要特殊仪器，成本较低。
本文研究的是常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺。
1 实验材料及方法
（1）材料：TEOS（四乙氧基硅烷，98%）、正丙醇（AR）、盐酸（36%）。
（2）方法：
1）TEOS和正丙醇按质量比1：4混合，加入0.05mol/L的盐酸作为催化剂，放置室温下反应18h，制备得到透明的胶体溶液。
2）将胶体溶液放在烧杯中，用搅拌器搅拌，使得溶液表面尽量平整，然后置于室温下静置24h，让溶液逐渐凝胶化，得到透明的凝胶。
3）用真空泵抽吸去除凝胶中的溶液，然后取出凝胶，用脱水剂对其进行脱水，得到初步成型的硅凝胶。
4）将初步成型的硅凝胶放入常温下的干燥箱中进行常压干燥，得到制备完成的二氧化硅气凝胶。
2 结果与分析
完成步骤中得到的凝胶和二氧化硅气凝胶如下图所示：
（图1 凝胶图片）
从图1和图2可以看出，透明的凝胶经过常压干燥后，变成了白色的二氧化硅气凝
胶。
得到的二氧化硅气凝胶的BET比表面积为588.5m2/g，孔径分布范围在10~100nm之间。
3 结论
本文通过简单易操作、成本较低的方法制备了二氧化硅气凝胶样品，并得到了具体的
实验结果和分析。
本实验结果表明了常压干燥制备二氧化硅气凝胶的可行性，其二氧化硅
气凝胶具有良好的表面积和孔径分布，具有较好的应用前景。
二氧化硅气凝胶的制作方法
二氧化硅气凝胶的制作方法前面几个专题谈了关于气凝胶的相关知识，包括应用领域和前景，今天谈谈其制作方法。
二氧化硅气凝胶是目前应用最为广泛的气凝胶之一。
它是由二氧化硅粒子构成的，具有多维网络结构，孔隙率在90%左右。
二氧化硅气凝胶在保温隔热、催化载体、吸附清洁、生物医学等领域都有广泛的应用。
制备二氧化硅气凝胶的方法较多，根据采用的硅源材料、凝胶工艺、所用的疏水剂、干燥剂等的不同，致使制备二氧化硅气凝胶的技术千差万别。
这里主要介绍用四乙氧基硅烷作为硅源制作二氧化硅气凝胶的方法。
四乙氧基硅烷是制备二氧化硅最常用的前驱体，以此作前驱体制备的气凝胶产品纯度高，产品质量好品，被广泛采用。
二氧化硅气凝胶制作过程大致分为：凝胶、老化、干燥、改性等几个步骤，或者交叉使用。
凝胶：其反应方程式为：水解：Si(OC2H5)4+4H2O→Si(OH)4+4C2H5OH缩聚：2Si(OH)4→(OH)3Si-O-Si(OH)3+H2O老化：凝胶老化是不均匀凝胶粒子的溶解和再次缩聚的过程。
在二氧化硅气凝胶溶胶-凝胶过程中，二氧化硅次级粒子间连接键较少，只有少数硅氧键将次级粒子连接在一起。
经过凝胶颗粒的溶解和再次缩聚，可以增加次级粒子间的连接，同时获得更大的团聚粒子，达到增强气凝胶骨架的效果。
凝胶老化一般是将凝胶浸泡在原始溶胶的醇/水混合物中。
干燥：二氧化硅气凝胶的制备过程中要将二氧化硅气凝胶孔隙中的溶剂除掉，同时要保证孔隙结构不受毛细管力破坏，保持孔隙结构的完整性。
超临界干燥技术是防止干燥过程中凝胶破裂的最有效的方法之一，此方法通过对压力和温度的控制，使溶剂在干燥过程中达到其本身的临界点，完成液相至气相的超临界转变。
由于干燥过程中的溶剂无明显表面张力，在湿凝胶向气凝胶转变的过程中，可以避免或减少干燥时因溶剂表面张力导致的体积大幅收缩或开裂，从而制得保持湿凝胶原有形状和结构的气凝胶。
常压干燥是选用一种低表面张力的溶剂浸润二氧化硅气凝胶，并通过表面改性使气凝胶表面呈现疏水性，在干燥过程中溶剂挥发时产生较低的毛细管力，不破坏气凝胶的网络孔隙，对其收缩影响降到最低，最终达到干燥的效果。
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共前驱体法常压干燥制备透明二氧化硅气凝胶的方法方法：
1.准备前驱体溶液。
将硅酸钠溶解在去离子水中，加入10%盐酸调节pH至3~4，搅拌至溶解。
2.搅拌制备透明凝胶。
将前驱体溶液转移到搅拌玻璃瓶中，加入
PEG200、CTAB、TEOS等，并在室温下搅拌反应。
反应完成后，得到透明的凝胶体。
3.常压干燥制备气凝胶。
将凝胶切成小块，置于常压干燥器内，进行常压干燥。
干燥时间根据凝胶尺寸和环境条件而定。
4.活化处理制备透明二氧化硅气凝胶。
将常压干燥得到的气凝胶放入活化炉中，在氮气气氛下加热至500°C，保持10h进行活化处理，得到具有高比表面积和孔径的透明二氧化硅气凝胶。
优点：
1.采用共前驱体法，制备过程简单，反应时间快。
2.经过干燥，制备的气凝胶具有良好的稳定性和可储存性。
3.经过活化处理，得到的透明二氧化硅气凝胶具有高比表面积、孔径分
布均匀等优点。
应用：
1.由于透明性好，可用于光学材料领域。
2.具有高比表面积和孔径特性，可用于催化剂载体材料。
3.具有较好的物理性能，可用于传感器及其它领域。