二氧化硅气凝胶 甲醇超临界干燥
SiO2气凝胶合成方法综述6
SiO2气凝胶合成方法综述6SiO2气凝胶合成方法综述6气凝胶是一种具有高度多孔结构和巨大比表面积的材料，因此在吸附、储能、催化等领域有广泛的应用前景。
其中，SiO2气凝胶是一种制备简便、成本低廉且具有良好的稳定性的气凝胶材料。
本文将综述SiO2气凝胶的六种主要合成方法，并对其相应的特点和应用进行介绍。
第一种合成方法是常见的溶胶-凝胶法。
这种方法是将硅酸根离子（SiO4）与铝酸根离子（AlO4）等溶解在水溶液中，通过逐渐脱水和胶凝过程生成三维网络结构的凝胶。
这种方法简单易行，适用于大规模合成，因此被广泛应用于各个领域。
例如，溶胶-凝胶法可用于制备高效吸附剂和催化剂等。
第二种合成方法是溶胶凝胶法的改进。
与传统溶胶-凝胶法不同，改进的溶胶-凝胶法是通过添加表面活性剂来控制气凝胶的孔径和比表面积。
这种方法展现了更好的控制性能，可以获得具有特定孔径和比表面积的气凝胶，对于吸附和催化等特定应用具有重要意义。
第三种合成方法是超临界溶剂干燥法。
该方法是将溶胶置于超临界条件下，通过溶胶与超临界溶剂的相互作用，使溶胶内的溶质从液相转变为气相，从而形成固态气凝胶。
超临界溶剂干燥法具有优异的控制性能，能够在较短的时间内获得高比表面积的气凝胶。
第四种合成方法是机械合成法。
机械合成法利用机械能和电化学催化剂的作用，通过重复环化和充气脱氧的过程合成气凝胶。
这种方法操作简单，能够获得具有特定孔径和结构的气凝胶。
第五种合成方法是正交法。
正交法是一种通过温度变化和聚合物分子大小去控制气凝胶孔径和比表面积的方法。
由于正交法控制因素较多，因此制备过程较为复杂，但是获得的气凝胶具有更好的控制性能。
第六种合成方法是模板合成法。
模板合成法即通过选择性吸附剂或模板分子的作用，在合成过程中形成孔道结构和有序排列的气凝胶。
这种方法能够精确控制孔道大小和排列方式，因此对于储能、催化、分离等领域有重要应用价值。
综上所述，SiO2气凝胶具有广泛的应用前景，并且具有多种合成方法可供选择。
超临界干燥法制备mno2气凝胶及其表征
超临界干燥法制备mno2气凝胶及其表征MnO2气凝胶是一种形式多样、结构复杂的无机分子纳米气凝胶，因其表现出的特殊的物化性质和微观结构，拥有良好的隔热效果、吸音效果及催化活性等优点，在工业应用中具有非常重要的意义。
本文主要介绍利用超临界干燥法制备MnO2气凝胶及其表征。
一、超临界干燥法制备MnO2气凝胶1、原料准备MnO2溶液：盐酸MnO2（99.9%）分散溶液（50％）有机溶剂：正己烷二元共聚剂：聚乙烯吡咯烷酮（PVP）水：微细化工用水2、稀释溶液制备盐酸MnO2（99.9%）分散溶液与正己烷（1:1）按比例混合，表征稀释溶液稀释度为2.0×10-3，进行搅拌充分混合，按比例称取小量各种原料加入内，并于室温搅拌充分混合.3、超临界干燥处理将稀释溶液pos液体气态CO2加热升温至超临界态（31.6℃），使正己烷完全蒸发，进行超临界脱溶剂旋转蒸发，直至溶液完全蒸发，形成MnO2气凝胶。
二、MnO2气凝胶表征1、X射线衍射（XRD）通过X射线衍射确定MnO2气凝胶纳米晶体结构，其结果表明，MnO2气凝胶具有一定的晶体结构。
2、透射电子显微镜（TEM）通过透射电子显微镜（TEM）确定MnO2气凝胶的微观结构，其结果显示，MnO2气凝胶形成了杂质小的非晶纳米晶体粒子，粒径直径分布大多在20-30nm之内。
3、热重分析（TG-DSC）采用热重分析确定MnO2气凝胶的物化性质，其结果表明，MnO2气凝胶的水分可以随温度的升高而被挥发，而其固体可以随着温度的升高而释放，最后可以得到比重稳定的MnO2气凝胶。
综上所述，本文介绍了用超临界干燥法制备MnO2气凝胶及其表征的方法，利用不同的物化性质检测手段，验证了其气凝胶形成的微观结构、晶体结构及物质性质，为MnO2气凝胶在电子、化学催化等领域的有效应用提供了重要依据。
sio2气凝胶
sio2气凝胶SIO2气凝胶引言：SIO2气凝胶是一种具有广泛应用前景的材料，其独特的性质和多样的制备方法使其在许多领域发挥重要作用。
本文将介绍SIO2气凝胶的制备方法、物理性质、应用领域以及未来的发展趋势。
一、制备方法1. 溶胶-凝胶法：将硅酸酯或硅酸盐与溶剂混合，形成溶胶，通过水解和凝胶化反应制备气凝胶。
2. 超临界干燥法：利用超临界流体的特性，将溶胶中的溶剂去除，使溶胶转化为凝胶。
3. 气相法：通过化学反应或物理方法将气态前体转化为凝胶，然后通过热解或热处理得到气凝胶。
二、物理性质1. 低密度：SIO2气凝胶具有极低的密度，通常在0.1-0.3 g/cm3之间，是目前已知最轻的固体材料。
2. 高比表面积：由于其多孔的结构，SIO2气凝胶具有巨大的比表面积，通常在500-1000 m2/g之间。
3. 优良的隔热性能：由于其低导热系数和多孔的结构，SIO2气凝胶具有优异的隔热性能，广泛应用于建筑和节能领域。
4. 超低折射率：SIO2气凝胶具有极低的折射率，能够减少光的反射和折射，提高光学器件的效率。
三、应用领域1. 热隔离材料：由于其优异的隔热性能，SIO2气凝胶被广泛应用于建筑、汽车、航空航天等领域，用于热隔离和节能。
2. 声学材料：SIO2气凝胶具有良好的声学吸音性能，可用于制备吸音材料，降低噪音污染。
3. 催化剂载体：由于其大的比表面积和孔隙结构，SIO2气凝胶作为催化剂的载体具有更高的催化活性和选择性。
4. 环境污染治理：SIO2气凝胶可以吸附和固定有机物和重金属离子，被广泛应用于水处理和空气净化领域。
5. 生物医学应用：SIO2气凝胶具有良好的生物相容性和药物缓释性能，可用于制备药物载体和组织工程支架等。
四、未来发展趋势1. 纳米复合气凝胶的制备：将纳米材料与气凝胶结合，制备具有多功能性能的复合材料。
2. 纳米孔调控：通过精确控制气凝胶的孔结构和孔径，实现对气凝胶性能的调控和优化。
3. 生物医学领域的应用拓展：开发更多具有生物活性的气凝胶，用于药物缓释、组织工程和生物传感等领域。
二氧化硅气凝胶及其复合材料制备与吸附应用研究共3篇
二氧化硅气凝胶及其复合材料制备与吸附应用研究共3篇二氧化硅气凝胶及其复合材料制备与吸附应用研究1二氧化硅气凝胶及其复合材料制备与吸附应用研究气凝胶一词源自于“aerogel”，是指以大量的气体分布在凝胶空隙中，形成一种具有极低密度、高孔隙率和高比表面积的固体材料。
其中，二氧化硅气凝胶以其良好的物理、化学特性和广泛的应用领域备受关注。
本文将介绍二氧化硅气凝胶的制备方法及其在各个领域中的应用。
二氧化硅气凝胶的制备方法主要有超临界干燥法、溶胶-凝胶法和湿化减胶法等。
超临界干燥法在高温高压的条件下通过液态二氧化硅的物理变化实现气凝胶的制备，具有工艺简单、制备时间短和制备成本低等特点；溶胶-凝胶法通过物理或化学反应形成透明的凝胶体，再进行干燥制备气凝胶。
其中，溶液浸渍法是一种简单有效的制备气凝胶的方法，它首先将硅源溶解成某一浓度的溶液，然后将材料浸泡在溶液中，最终经过煅烧得到气凝胶。
湿化减胶法以硅源和特殊的聚合物为原料，在液相中形成凝胶，再通过严格的热处理和气相转化得到气凝胶。
此外，常温干燥和冻干等方法也可制备气凝胶。
气凝胶具有很高的比表面积和孔隙的联通性，并且可以通过改变它的孔隙结构调控其吸附能力，因此气凝胶也广泛应用于吸附材料的制备。
例如，二氧化硅气凝胶可以在大气压下吸附一系列气体，如一氧化碳、二氧化碳、氮气和甲醛等。
在催化剂的制备中，二氧化硅气凝胶与其他物质复合制备的催化剂表现出了更优秀的催化活性和稳定性，如铂-二氧化硅气凝胶催化剂在醇类氧化反应中表现出了良好的催化性能。
在环境治理领域，二氧化硅气凝胶还可以作为污染物吸附剂，例如硅凝胶改性后可以有效吸附水中的重金属离子，净化水质。
除了作为纯净材料外，二氧化硅气凝胶也经常与其他材料复合制备，以实现更好的吸附性能。
例如，铁掺杂二氧化硅气凝胶在吸附五氯酚方面表现出更高的吸附性能；杂化气凝胶中加入不同种类的有机物可以增加其吸附性能。
综上所述，二氧化硅气凝胶具有很高的比表面积和孔隙的联通性，并且可以通过改变其孔隙结构调控其吸附能力。
气凝胶的制备与应用研究
气凝胶的制备与应用研究气凝胶是一种轻质多孔的新型材料，具有优异的热、声、光和电学性能，被广泛应用于能源、环保、航空航天、生物医药等领域。
本文将介绍气凝胶的制备方法和应用研究进展。
一、气凝胶的制备方法气凝胶的制备方法主要有超临界干燥法、溶胶-凝胶法、冷冻干燥法和气相沉积法等。
其中，超临界干燥法是目前应用最广泛的制备方法，因其制备过程简单，可用于各种类型的物质，且制得的气凝胶密度低、孔径可控，具有良好的热稳定性和化学稳定性。
以下将对这四种方法分别进行介绍：1. 超临界干燥法超临界干燥法是指在高压高温下将液态物质变为气态，通过减压降温使物质从气态转变为凝胶状态，最终得到气凝胶。
该方法可用于制备化学性质稳定的无机气凝胶和多种有机气凝胶。
超临界干燥法的优点在于：可以改变超临界条件（压力、温度）来控制孔隙结构，得到可调控的孔径和孔隙大小的气凝胶。
2. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是指将物质分散在溶液中形成胶体，通过蒸发、热处理或光聚合等方式使其自组装形成凝胶状态，再通过干燥处理形成气凝胶。
该方法制备的气凝胶可用于吸附剂、分离材料、催化剂和光学传感器等领域。
3. 冷冻干燥法冷冻干燥法是指将物质的溶液冷冻成凝胶状态，再通过蒸发水分或真空干燥等处理方式将其转变为气凝胶。
该方法制备出的气凝胶具有优异的孔隙性能和高比表面积，在光学、催化和隔热领域有广泛的应用。
4. 气相沉积法气相沉积法是指将一种适宜的前体物质在高温下裂解、氧化或还原等化学反应形成气态分子，通过气相沉积在固体表面上形成气凝胶。
该方法的优点在于：制备速度快，反应条件易于控制，可得到高纯度、高结晶度的气凝胶。
二、气凝胶的应用研究进展气凝胶的应用研究主要集中在以下几个领域：1. 能源领域气凝胶具有优异的隔热性能和低介电常数，可用作电容器介质、超级电容器、锂离子电池隔膜和太阳能电池支撑材料等。
目前，人们已经研制出多种具有优异性能的气凝胶，如碳气凝胶、二氧化硅气凝胶等，这些材料在节能环保领域和新能源领域有广泛的应用前景。
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一、引言二氧化硅气凝胶是一种具有多孔性、低密度和高比表面积的材料，具有良好的声学、热学和光学性能，被广泛应用于绝热材料、催化剂载体、吸附剂等领域。
在制备二氧化硅气凝胶的过程中，干燥工艺是关键环节之一。
本文将重点讨论常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺研究。
二、常压干燥工艺原理常压干燥是指在常温下进行干燥的一种工艺。
在常压下，液态溶剂经过蒸发，将物质从凝胶状态转变为固体状态。
在进行二氧化硅气凝胶的常压干燥的过程中，需要将溶剂从凝胶中蒸发，使得凝胶中的二氧化硅颗粒逐渐接触，最终形成孔隙结构。
常压干燥的关键是控制干燥速率和温度，以防止产生裂纹和变形。
还需要考虑干燥过程中的内部应力和外部支撑结构，以保持凝胶的形状和结构。
三、工艺参数优化1. 溶胶凝胶制备在制备二氧化硅气凝胶的过程中，首先需要制备溶胶凝胶。
一般来说，采用正硅酸乙酯为硅源，通过水解缩聚反应制备溶胶。
在这一步骤中，需要控制溶剂的用量、酸碱度和搅拌速度，以获得均匀的溶胶。
2. 凝胶成型制备好的溶胶需要进行凝胶成型，通常采用注模成型或者超临界干燥成型。
在这一步骤中，需要采用适当的成型工艺和模具，以保持凝胶的形状和结构。
3. 常压干燥常压干燥是最关键的一步，需要控制温度和湿度，使得溶剂能够逐渐蒸发，形成孔隙结构。
在这一步骤中，需要考虑干燥速率、温度梯度和曝气条件，以防止产生裂纹和变形。
四、工艺改进和优化在实际生产中，常压干燥工艺存在一定的问题，如干燥速率不均匀、产生裂纹和变形等。
针对这些问题，可以采取以下改进和优化措施：1. 引入表面活性剂或增稠剂，以改善凝胶的流动性和可成型性，从而提高常压干燥的效率和质量。
2. 优化常压干燥的工艺参数，如温度、湿度和曝气条件，以获得更好的干燥效果。
3. 采用异步双向干燥法，即先在一个方向上进行干燥，再改变方向进行干燥，以减少干燥速率不均匀导致的裂纹和变形。
4. 采用热解干燥或者微波干燥等新型干燥技术，以提高干燥效率和质量。
二氧化硅气凝胶涂料制备
制备二氧化硅气凝胶涂料通常是通过以下步骤进行的：
1.凝胶制备：首先制备二氧化硅气凝胶。
这一步可以通过溶胶-凝胶法或超临界干燥法来实现。
在溶胶-凝胶法中，一般采用硅源（如硅酸钠或硅酸酯）、溶剂和催化剂，将它们混合形成胶体溶液，然后经过凝胶化反应形成凝胶。
超临界干燥法则是通过将二氧化硅凝胶置于超临界条件下，利用压力和温度的控制将凝胶转化为气凝胶。
2.凝胶破碎：将制备好的二氧化硅气凝胶进行破碎，得到粒径适当的气凝胶颗粒。
3.涂料配方调制：根据所需的性能和应用要求，将气凝胶颗粒与合适的基础涂料（如丙烯酸酯乳液、有机或水性树脂）进行混合。
可以根据需要添加胶凝剂、稀释剂、颜料等。
4.涂层制备：将调制好的涂料通过刷涂、滚涂、喷涂等方式均匀地涂覆在目标表面上。
根据实际需要，可以进行多层涂覆。
5.干燥和固化：让涂层在适当的条件下进行干燥和固化，以使其形成稳定的二氧化硅气凝胶膜。
需要注意的是，具体的制备方法和配方可能因应用需求、原材料可用性和制备规模而有所差异。
在实际操作中，要根据具体情况进行实验和优化，确保所得的涂料具有所需的性能和质量。
此外，在涂料制备和应用过程中，安全操作和环境保护也是至关重要的考虑因素。
一种气凝胶超临界乙醇等压干燥方法与流程
一种气凝胶超临界乙醇等压干燥方法与流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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超临界流体技术及SiO2气凝胶简介
超临界辅助雾化装置图
c 超临界反溶剂法
超临界反溶剂法与超临界辅助雾化 法相似也用到了喷嘴，但是在通过 喷嘴进行雾化时是不一样的。超临 界反溶剂法是将前驱物溶解在有机 溶剂中形成混合溶液，再将该混合 溶液通过一个极小的喷嘴迅速喷入 超临界流体( 通常用scCO2)中，由 于溶剂与超临界流体互溶，而溶质 却不溶于超临界流体，所以喷入后 超临界流体将混合溶液中的溶剂反 溶，则有机溶液在短时间内迅速达 到其过饱和度，而溶质则以纳米、 微米级的颗粒从溶剂中析出。
超临界CO2微乳液体系简图
气凝胶简介
气凝胶是一种新型的多孔材料，因其由纳米级颗粒团簇相 互交连堆积而形成，所以具有多孔网络状的骨架结构。 气凝胶按其形状可分为块体、薄膜、粉体三类。微球是粉 体气凝胶的一种，可分为实心微球气凝胶材料和多孔微球 气凝胶材料。多孔材料分为有机和无机多孔微球，前者的 材料来源非常广泛，但是材料的孔径范围一般较大，如天 然高分子、半合成高分子以及全合成高分子等材料，其中 天然高分子多孔材料具有较好的生物相容性和一定的可降 解性， 尤其适于医药领域；后者孔径可达到介孔尺寸 （孔径为2～50 nm）， 如多孔SiO2、陶瓷、碳酸钙及羟 基磷灰石等，而无机多孔微球凭借其特殊结构，在保温隔 热、 隔音、渗透、吸附、药物缓释 、缓冲并吸收冲击能 量（减振）、抗爆炸冲击等方面有着极广阔的应用前景。
SiO2气凝胶的应用
SiO2气凝胶是一种具有纳米级多孔材料典型特性的新 材料，具有纳米级的孔洞及三维结构，是一种固体物 质形态。SiO2气凝胶的孔隙率非常高，一般可达99.8 %；其比表面积也超大，通常可高达1000 m2/g；还具 有特别低的密度，甚至可低至0.003 g/cm3；正是因为 SiO2气凝胶的这一系列的独特结构才使得它具有其他 材料不能超越的优良特性。目前关于其特性的研究最 为火热的是其极低的热导率（在常温下即可低至 0.011 W•m-1•K-1），因其极低的热导率在航空航天、 建筑等领域具有广泛的应用前景。
超临界干燥制备木材SiO2气凝胶复合材料及其纳米结构
第33卷第3期东 北 林 业 大 学 学 报Vol.33No.3 2005年5月JOURNAL OF NORTHE AST F OREST RY UN I V ERSI TY M ay.2005超临界干燥制备木材-Si O2气凝胶复合材料及其纳米结构1)邱 坚 李 坚(东北林业大学,哈尔滨,150040) 摘 要 采用溶胶-凝胶法和超临界干燥技术制备了木材-Si O2气凝胶,应用XRD、SE M、TE M等方法对气凝胶样品和木材-Si O2气凝胶复合材料的结构和物理性能进行了表征。
结果表明:所制备Si O2气凝胶是连续网络的非晶态纳米多孔固体,其基本粒子的平均直径17～96n m,Si O2气凝胶与木材有良好的结合并保持木材的空隙结构。
关键词 溶胶-凝胶法;超临界干燥技术;Si O2气凝胶;木材-Si O2气凝胶纳米复合材料;纳米结构分类号 S781.7Prepara ti on of W ood-S ili ca Aerogels Co m posites by Supercr iti ca l D ry i n g Techn i que and Its Nano-structure/ Q iu J ian,L i J ian(Northeast Forestry University,Harbin150040,P.R.China)//Journal of Northeast Forestry Universi2 ty.-2005,33(3).-3～4,28Silica aer ogels-wood was p repared by s ol-gel p r ocess and supercritical drying technique.By means of XRD,SE M, TE M and s ome other experi m ental methods,the structure and physical p r operty of silica aer ogel-wood sa mp les were p ri2 marily investigated.The result showed that the p repared silica aer ogels were coherent,non-crystalline,nano-sized por2 ous s olids.The mean dia meter of particles was about17～96n m.Silica aer ogels compacted with wood very well and the por ous structure of wood could be maintained.Key words Sol-gel method;Supercritical drying technique;Si O2-aer ogel;Wood-Si O2-aer ogel composites;Nano-structure 随着木材功能性改良技术的发展,特别是木材科学与纳米科技的交叉融合,制备高附加值木材-无机纳米复合材料是木材科学界所关注的高新技术之一[1～9]。
二氧化硅气凝胶存在的问题及原因
二氧化硅气凝胶存在的问题及原因
二氧化硅气凝胶是一种高效的吸附剂和催化剂，它具有很多应用领域，如环境
污染治理、能源储存和化学反应等。
然而，使用二氧化硅气凝胶也存在一些问题和原因。
首先，二氧化硅气凝胶的制备过程相对复杂。
它通常需要通过溶胶-凝胶法或
超临界干燥等高温高压工艺制备，这需要精确控制各种参数，如温度、压力和反应物浓度等。
制备过程繁琐，设备要求高，容易出现工艺失控和产品批次差异的问题。
其次，二氧化硅气凝胶的结构易受环境条件的影响。
它具有高度多孔的结构，
但在湿润环境中，容易发生吸湿现象导致孔道堵塞，减少吸附能力和催化活性。
这限制了二氧化硅气凝胶在高湿度环境下的应用。
此外，二氧化硅气凝胶的价格较高。
其制备工艺复杂，生产成本相对较高，导
致了产品价格不低。
这使得二氧化硅气凝胶在一些大规模应用中的商业化程度受限。
最后，长期使用二氧化硅气凝胶可能存在健康风险。
二氧化硅颗粒极细小，容
易气溶胶化并进入人体呼吸道，潜在地对肺部造成影响，造成呼吸系统疾病。
因此，对于二氧化硅气凝胶的生产、使用和处置过程中的安全性问题需要高度关注。
综上所述，二氧化硅气凝胶存在制备复杂、受环境条件影响、价格较高和潜在
的健康风险等问题和原因。
对这些问题的深入研究和解决，将推动二氧化硅气凝胶的进一步应用和优化，提高其在各个领域的性能和可持续性。
CO2超临界干燥制备SiO2气凝胶及其表征
CO2超临界干燥制备SiO2气凝胶及其表征郑文芝;陈姚;于欣伟;韩泽明;余志欢;管晶晶【摘要】以正硅酸乙酯为原料,应用溶胶-凝胶两步催化法制备SiO2醇凝胶,醇凝胶用CO2超临界干燥后得到SiO2气凝胶.以比表面积和密度为评价标准,以CO2流量、超临界温度、干燥时间和超临界压力为实验因素,设计了四因素三水平的正交实验,研究CO2超临界干燥的工艺条件,并运用 SEM、TEM、BET、FTIR对SiO2气凝胶结构、形貌及化学组成进行分析.结果表明:优化的工艺条件为CO2流量12 kg·h-1,干燥压力13 mPa,超临界温度45 ℃,干燥时间6 h.制得SiO2气凝胶的比表面积为927.37 m2·g-1,密度是0.195 6 g·cm-3, 由球形纳米颗粒堆积而成,颗粒尺寸范围在0～20 nm左右,孔径分布主要集中在10 nm左右,是典型的纳米孔材料.【期刊名称】《广州大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(009)006【总页数】5页(P77-81)【关键词】SiO2气凝胶;CO2超临界干燥;正交实验【作者】郑文芝;陈姚;于欣伟;韩泽明;余志欢;管晶晶【作者单位】广州大学,化学化工学院,广东,广州,510006;广州大学,化学化工学院,广东,广州,510006;广州大学,化学化工学院,广东,广州,510006;广州大学,化学化工学院,广东,广州,510006;广州大学,化学化工学院,广东,广州,510006;广州大学,化学化工学院,广东,广州,510006【正文语种】中文【中图分类】TQ115SiO2气凝胶是一种新型的结构可控的孔状材料[1],有多种独特的性质[2-4],可被制成声阻抗耦合材料、过滤材料、高温隔热材料等多种高性能材料[5].SiO2气凝胶的制备通常由溶胶—凝胶过程和干燥处理构成[6].在溶胶—凝胶过程中,通过控制溶液的水解与缩聚反应条件,在溶液内形成不同结构的纳米团簇,团簇之间相互粘连形成凝胶体,在凝胶体的固态骨架周围充满反应后剩余的液态试剂[7].由于 SiO2气凝胶网络结构纤细,如采用普通常压干燥,由于毛细作用力,会使纳米孔隙塌陷[8].采用高温高压超临界干燥湿凝胶,如甲醇、乙醇、异丙醇、苯等作为干燥介质,在超临界点以上排除溶剂,这个过程消除了气液界面,不存在毛细作用力,能得到完整的块状气凝胶,且比表面积大.采用超临界干燥工艺是比较成熟的制备SiO2气凝胶的干燥方法.但该过程要求高压和高温,以乙醇超临界干燥为例,乙醇超临界状态的条件Tc=241.15℃、Pc=6.38m Pa,高温高压导致操作存在安全隐患,操作过程成本昂贵,不利于产业化推广[9].CO2超临界流体干燥 SiO2气凝胶,也称为 SiO2气凝胶的低温超临界干燥技术.CO2的超临界状态条件Tc=31.06℃,Pc=7.39m Pa,干燥温度的降低有效减小干燥过程中存在的危险和能耗,有利于 SiO2气凝胶的产业化.国内外文献多以高温超临界干燥作为 SiO2气凝胶的干燥方法,冷映丽等对 SiO2气凝胶乙醇超临界干燥工艺参数进行了优化,未见 SiO2气凝胶 CO2超临界干燥工艺参数优化实验的文献[10].本文以比表面积和堆积密度为评价标准,用正交实验方法对制备SiO2气凝胶的 CO2超临界干燥工艺进行了优化研究,旨在为 SiO2气凝胶的产业化生产提供有价值的研究数据.同时对材料性能结构进行了表征,并与常压干燥工艺制备的 SiO2气凝胶进行了对比.以正硅酸乙酯 (Tetraethoxysilane,TEOS)为前驱体,乙醇 (EtOH)为溶剂,以盐酸(Hydrochloric acid)和氨水(NH3·H2O)为催化剂,保持n(TEOS)∶n(EtOH)∶n(H2O)=1∶3∶6(摩尔比 ),盐酸浓度为0.01mo l·L-1的水溶液,氨水浓度为0.1mo l·L-1,溶胶—凝胶两步催化法制备醇凝胶.所制备的醇凝胶在乙醇溶液中陈化 24 h.陈化后的醇凝胶用超临界 CO2流体进行干燥,制备SiO2气凝胶.同样方法制备的 SiO2醇凝胶,常压干燥制备 SiO2气凝胶.利用日本日立公司 S-3700N扫描电子显微镜观察气凝胶形貌,加速电压为 25 kV,经表面喷金处理后,放大 5万倍下观察样品的表面形貌.利用日本电子 JEM-1000CXⅡ型透射电镜,加速电压为120 V,观测气凝胶的表面孔结构和粒径分布.利用美国麦克仪器公司ASAP2000比表面分析仪,吸附介质为 N2,测试温度250℃,测定气凝胶比表面积和孔径分布.用法国 BRUKER公司 TENSOR27 Fourier变换红外光谱仪,以 KB r压片法测定样品的 FTIR光谱.通过北京普析通用仪器公司 XD-3型射线衍射仪进行物相组成分析,以 Cu靶激发的Ka辐射为辐射源,管压为 36 kV,电流为 20mA,扫描范围 10～700,扫描速度40·m in-1,测定样品的XRD谱,确定产品的物相.根据质量和体积比得到 SiO2气凝胶密度.CO2的临界温度为31.06℃,临界压力为7.39m Pa.为减少干燥能耗,在较低温度压力下完成干燥过程,故设定干燥釜温度分别为 35、40、45℃,干燥压力分别为 9、13、17 m Pa,流量 4、8、12 kg·h-1;连续干燥 5 h以上,分离釜基本没见溶剂排出,设定干燥时间 6、8、10 h.本实验选用 L9(34),即四因素三水平进行正交实验,取值见表 1.对于相同的配比制得的湿凝胶,超临界干燥后,比表面积越大可以间接说明孔隙结构越多,样品颗粒更接近于纳米尺度;密度越小,可间接说明得到的气凝胶孔隙率越高.因此,选择以比表面积和密度作为评价样品性能的指标.表 1中,X1、X2、X3系列是以比表面积为评价指标的极差分析,Y1、Y2、Y3系列为以密度为评价指标的极差分析.3种流量条件中,超临界 CO2流体的流量为 12kg·h-1时,样品的比表面积最大,密度最小,说明干燥过程中 CO2流量大有利于制备出比表面积大密度小的样品.当干燥过程中干燥温度较高时,样品的比表面积增大,但密度也在增大,综合考虑,干燥温度选择在35℃比较适合.试验过程中当干燥过程的压力在 13m Pa时,样品的比表面积最大,密度最小,说明干燥压力在一个合适的压力时干燥效果最好.干燥时间对样品的比表面积和密度影响不大,但干燥时间越长,能耗越高,因此,尝试将超临界干燥 6、8、10 h后的产物分别放进马弗炉,400℃下煅烧4 h,再称重,1 g样品干燥后减少的质量几乎相等,且远小于 0.001 g,表明应用 CO2超临界流体干燥 6 h已经足够.综合以上结果得出的优化 CO2超临界干燥条件:CO2流量12 kg·h-1,干燥温度35℃,干燥压力 13m Pa,干燥时间 6 h.应用优化条件对 SiO2醇凝胶进行干燥,得到的样品比表面积为927.37 m·g-1,密度低至0.195 6 g·cm-3,样品外观是略带淡蓝色荧光、轻细、透明的颗粒状物.将同样条件制备的 SiO2醇凝胶放置于烘箱,阶段升温干燥 8 h,所得的样品外观为乳白色固体,不透明,比表面积为561.97 m2·g-1,密度0.827 3 g·cm-3.图 1是 CO2超临界干燥制备的 SiO2气凝胶的扫描电镜图,从图 1可看出,CO2超临界干燥制备出的 SiO2气凝胶是由大量纳米尺度球形颗粒堆积而成,颗粒尺寸范围在 10～30 nm左右.颗粒间隙存在大量孔隙.这些纳米尺度孔隙使 SiO2气凝胶具有优异的隔热性能.而从图 2的常压干燥SiO2气凝胶的扫描电镜图中看到,常压干燥过程中,气凝胶的纳米尺度孔隙出现了塌陷,纳米球形颗粒粘到一起,微孔、中孔消逝,出现了大量 70 nm尺度以上的大孔隙.70 nm大于空气分子自由活动程,材料不再具备超级隔热性能.这也导致常压干燥的 SiO2气凝胶比表面积低于超临界干燥的气凝胶.从 TEM图 (图 3)中可以看到,CO2超临界制备的 SiO2气凝胶颗粒尺寸可以达到纳米尺度,颗粒尺寸分布均匀.图 4是样品对 N2的吸附 -脱附等温线和孔径分布图,N2和样品表面的吸附一开始就是多分子层吸附,该曲线为典型的第Ⅳ类等温线,曲线的前半段上升缓慢,并呈向上凸的形状,表明吸附由单分子层向多分子层过渡,曲线后半段等温线急剧上升,直到接近饱和蒸气压也未呈现出吸附饱和现象,表明制备的 SiO2气凝胶材料中含有一定的中孔和大孔,中孔和大孔中毛细管凝聚而发生大孔容积填充.Ⅳ类等温线也说明对应的气凝胶材料的孔径吸附范围是从小的分子级孔到中孔、大孔的较连续、较完整的孔的系统.从图孔径分布中可明显看出,SiO2气凝胶的孔径分布在 0～20 nm,主要集中在 10 nm左右,材料含有微孔、中孔和大孔,是典型的纳米孔材料.吸附脱附曲线在压力P/P0=0.55～0.93的区间内出现回线,回线的类型是属于 H2型的,H2型说明是微粒子体系的集合体,与 SiO2气凝胶的纳米级球形粒子的堆积结构相吻合.根据 Kelvin方程,孔隙越大,凝聚所需要的饱和蒸汽压越高,滞后环中吸附曲线和脱附曲线的分离处的相对压力越高,说明毛细孔的孔隙愈大.曲线在 0.93处分离,说明材料中以大孔和中孔为主,样品 BET比表面积为927.37 m2·g-1.图 5为 SiO2气凝胶红外光谱图,谱线中 3 438 cm-1和 1 642 cm-1为 -OH伸缩特征峰,在 955 cm-1附近出现的峰为 Si-OH的吸收峰,1 081 cm-1附近的吸收峰为 Si-O-Si反对称伸缩振动,在 805 cm-1附近为 Si-O-Si对称伸缩振动,在 565 cm-1处为 Si-O-Si弯曲振动.Si-O-Si峰的强度明显比其它峰的强度大,这是因为SiO2气凝胶的网络骨架结构是 Si-O-Si,该基团含量比较高.如图 6所示,SiO2气凝胶的 XRD曲线不显示明显的特征结晶衍射峰,在23°左右有一弥散的衍射峰,并且该峰的强度还比较小,表明 SiO2气凝胶为无序非晶结构. (1)CO2超临界干燥优化工艺条件:CO2流量为12 kg·h-1;干燥釜温度45℃;干燥压力 13 m Pa;干燥时间 6 h.(2)优化条件气凝胶的比表面积927.37m2·g-1,密度0.195 6 g·cm-3.该样品由球形纳米颗粒堆积而成,颗粒尺寸范围 0～20 nm左右,孔径分布主要集中在 10 nm左右,是连续的非晶结构纳米介孔材料,其性能明显优于常压干燥制备的样品.【相关文献】[1] SOLEIMAN ID A,ABBASIM H.Silica aerogel,synthesis,p ropertiesand characterization[J].JournalofM aterials Processing Techno logy,2008,199:10-26.[2] YAO Lan-fang,LU feng-qin,YUEChun-xiao,et al.Hydrophobic behaviorof nanoporous silica film sw ith low refractive index[J].Journalof the Chinese Ceram icSociety,2008,36(2):139-143.(in Chinese)[3] BELLUNATOA T,BRAEMB A.AerogelasCherenkov radiator forR ICH detectors[J].Nuc lear Instrum entsandM ethods in PhysicsResearch A,2003,502:227-230.[4] VENKATESWARA R A,SHARAD D B.Synthesis and physical p ropertiesof TEOS-based silica aerogels p repared by two step(acid-base)so l-gelp rocess[J].So lid State Sciences,2004,6:945-952.[5] GAO X iu-xia,ZHANGW ei-na,RENM in,et al.Progress in the study of silicaaerogels[J].JournalofChangchun University of Science and Technology,2007,30(1):86-91.(in Chinese)[6] JYOTIL G,VENKATESWARER A,UZMA K H.B.Hydrophobic and low density silica aerogels dried atam bientp ressure using TEOS p recursor[J].JournalofA lloys and Compounds,2009,471:296-302.[7] N ICHOLASL,SUDH IRM,WANG X J.Po lym er nano-encap su lation of temp latedm esopo rous silicamono lithsw ith imp roved m echanicalp roperties[J].JournalofNon-C rystalline So lids,2008,54:632-644.[8] ANAPPAREA,RAJESHKUMAR S,MUKUNDAN P,et al.Impedance spectroscop ic studiesof so l-gel derived subcritically dried silica aerogels[J].A ctaM aterialia,2004,52:369-375. 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CO2超临界干燥制备亲水SiO2气凝胶的研究
•1467«第51卷第12期2020年12月Vol.51 No. 12 Dec. 2020建 筑 技 术Architecture TechnologyCO 2超临界干燥制备亲水SiO 2气凝胶的研究李建平I,孙艳荣2,李智I,姚晓明I,王丽丽'(1.建邦新材料科技(廊坊)有卩艮公司，065000.河北廊坊；2.北华航天工业学院，065000.河北廊坊；3.北京建工新型建材有限责任公司涿州分公司，072750,河北保定)摘 要：以正硅酸乙酯为硅源，采用酸碱二步溶胶-凝胶法及CO?超临界干燥工艺制备SiC )2气凝胶复 合材料，研究超临界CO2萃取干燥条件下制备亲水型SiC>2气凝胶的方法和途径。
结果表明，采用顶部进气的CO 2超临界干燥设备能制备出合格的亲水型SiO 2气凝胶；采用TEOS/EtOH 做老化液能优化气凝胶的骨架 结构，提高产品的高温热导率。
关键词：正硅酸乙酯；亲水Si 。
?气凝胶；超临界干燥；复合材料中图分类号：TU71 文献标志码：A 文章编号：1000-4726(2020)12-1467-05STUDY ON PREPARATION OF HYDROPHILIC SIO 2 AEROGEL BYCO 2 SUPERCRITICAL DRYINGLI Jian-ping', SUN Yan-rong 2, LI Zhi 1, YAO Xiao-ming', WANG Li-li 3(l.Jianbang New Materials Technology (Langfang) Co., Ltd., 065000, Langfang, Hebei, China; 2.North China Institute of A erospace Engineering, 065000, Langfang, Hebei, China; 3.Zhuozhou branch of Beijing Construction of New Building Materials Co., Ltd.,072750, Baoding, Hebei, China)Abstract: Using tetraethyl orthosilicate as the silicon source, using acid-base two-step sol-gel method and CO 2 supercritical drying process to prepare SiO 2 aerogel composite materials, research on the preparation of hydrophilic SiO 2 aerogel under supercritical CO 2 extraction and drying conditions methods and approaches. The results show that the use of top-intake CO 2 supercritical drying equipment can prepare qualified hydrophilic SiO 2 aerogels; the use of TEOS/EtOH as aging fluid can optimize the skeleton structure of aerogels and improve the high-temperature thermal conductivity of the product.Keywords: tetraethyl orthosilicate; hydrophilic silica aerogel; supercritical drying; composite气凝胶是一种以纳米粒子或高聚物分子为骨架 构成的超低密度纳米多孔固体材料，其比表面积高达 1000m 2/g,密度可低至0.12g/cm 3,折射率在一定范围内连续可调⑴。
二氧化硅气凝胶生活中的实例
二氧化硅气凝胶生活中的实例二氧化硅（SiO2）气凝胶是一种防火隔热性能非常优秀的轻质纳米多孔非晶固体材料，具有低密度、低导热系数、高孔隙率、高比表面积等优异性能，在管道保温隔热、隔热涂料、节能玻璃、管道防腐、吸附催化等领域具有广泛的应用前景。
SiO2气凝胶的孔隙率高达80%～99.8%，孔洞的典型尺寸为1～100nm，比表面积为200～1 000m2/g，而密度可低达3kg/m3，室温下导热系数可低至0.012W/（m·K），比空气的导热系数还低。
正是由于这些特点使SiO2气凝胶材料在热学、声学、光学、微电子、粒子探测方面有很广阔的应用潜力，也引起了国内外研究的热潮。
1 SiO2气凝胶的生产原理和干燥技术SiO2气凝胶通常采用溶胶-凝胶法进行制备：首先选择合适的硅源和催化剂，并让硅源在催化剂条件下进行水解，水解产物中携带的羟基基团进行缩合反应后形成溶胶，溶胶粒子以链状结构组成粒子团簇，在容器中形成湿凝胶，最后通过干燥工艺将湿凝胶中的水分或溶剂除去，即可制得干凝胶，也称为气凝胶。
从上述生产制备过程来看，硅源的类型、催化剂的性能、以及干燥工艺的选择，都是影响SiO2气凝胶结构与性能的重要因素。
1.1 硅源选择1931年，Kistler[1]利用硅酸钠作为硅源，制备得到了最早的SiO2气凝胶。
此后，人们对SiO2气凝胶的各种制备工艺和相关机理进行了深入广泛的研究。
人们发现，选择不同硅源所制得的SiO2气凝胶，在结构和性能上均有不同，其制成品的应用领域和适用场景也各有不同。
究其原因，由于溶胶化反应所需的羟基基团要在催化剂离子进攻硅源时才能产生，而不同硅源上所含烷基基团大小不同，这种空间结构的差异造成催化剂离子进攻硅源时的方向和位置的不同，最终形成具有不同结构和性能的SiO2气凝胶。
因此，硅源和催化剂的选择，对SiO2气凝胶的结构、性能及应用具有重要影响[2]。
硅源大体上可以分为3类：单一硅源、复合硅源、功能性硅源。
气凝胶超临界干燥法
气凝胶超临界干燥法
气凝胶的超临界干燥法是一种制备高性能气凝胶的关键技术，它通过控制压力和温度使得溶剂达到其本身的临界点。
在超临界状态下，溶剂会表现出介于气体和液体之间的特性，包括无明显的表面张力。
这种干燥方法能够确保在干燥过程中保持气凝胶的骨架结构不被破坏。
以下是超临界干燥法制备气凝胶的基本步骤：
1、前驱体溶液制备：首先，选择合适的前驱体材料并配制成溶胶，这些溶胶通常包含金属氧化物、有机硅或碳等成分。
2、溶胶-凝胶转变：将前驱体溶液进行凝胶化处理，形成具有一定孔隙结构的湿凝胶。
3、超临界干燥：这是最关键的一步。
将湿凝胶置于高压釜中，并逐步升高温度和压力至溶剂的临界点以上。
此时溶剂转变为超临界流体，没有明显的表面张力，可以轻松地从凝胶网络中脱除而不引起结构塌陷。
4、降温降压：在保持凝胶骨架结构不变的情况下，缓慢降低系统中的温度和压力，使超临界流体重新转变为气体并完全逸出。
5、后处理：取出干燥后的气凝胶，进行必要的清洗以去除残留的溶剂或其他杂质，并可能进行进一步的热处理或表面改性以优化性能。
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二氧化硅气凝胶甲醇超临界干燥
二氧化硅气凝胶是一种具有非常高比表面积和孔隙率的材料，广泛应用于各个领域。
而甲醇超临界干燥是一种常用的制备二氧化硅气凝胶的方法。
本文将介绍二氧化硅气凝胶以及甲醇超临界干燥的原理和应用。
一、二氧化硅气凝胶的特性和应用
二氧化硅气凝胶是一种由三维连续的硅氧键构成的多孔材料。
由于其独特的孔隙结构和高比表面积，二氧化硅气凝胶具有很多优异的特性，如低密度、低热导率、高吸附性能、优良的热稳定性和化学稳定性等。
因此，二氧化硅气凝胶被广泛应用于催化剂载体、吸附剂、隔热材料、声学材料、光学材料、生物医学材料等领域。
二、甲醇超临界干燥的原理和过程
甲醇超临界干燥是制备二氧化硅气凝胶的常用方法之一。
它利用甲醇在超临界状态下的特性，通过控制温度和压力来实现二氧化硅的溶胀和干燥。
具体过程如下：
1. 溶胀：将二氧化硅前驱体（如硅酸盐溶液或乙基硅酸酯）与甲醇混合，加热至超临界状态。
在超临界状态下，甲醇具有较低的表面张力和粘度，能够渗透到二氧化硅的孔隙中，使其膨胀。
2. 干燥：在溶胀过程中，通过减小温度和压力，使甲醇逐渐从二氧
化硅中脱出，使其恢复到原来的体积。
由于甲醇的蒸发速度较快，可以实现较快的干燥过程。
3. 热解：将干燥得到的二氧化硅样品进行热解处理，以去除残留的有机物和增强材料的热稳定性。
三、甲醇超临界干燥的优势和应用
相比于传统的干燥方法，甲醇超临界干燥具有以下优势：
1. 高效快速：甲醇超临界干燥过程中，甲醇的低表面张力和粘度使得其能够快速渗透到二氧化硅的孔隙中，提高干燥速度。
2. 均匀性好：甲醇的渗透性能使得二氧化硅样品的干燥更加均匀，避免了传统干燥方法中可能出现的表面干燥而内部仍有残留物的问题。
3. 无机有机一体化：甲醇超临界干燥过程中，有机物可以与二氧化硅进行充分交互作用，有利于形成无机有机一体化的二氧化硅气凝胶。
甲醇超临界干燥方法在制备二氧化硅气凝胶方面有广泛的应用。
例如，在催化剂载体领域，甲醇超临界干燥可以制备具有高比表面积和孔隙率的二氧化硅载体，有助于提高催化剂的活性和稳定性。
在吸附剂领域，甲醇超临界干燥可以制备具有大孔隙和高吸附容量的
二氧化硅气凝胶，用于气体吸附分离和储氢等应用。
此外，甲醇超临界干燥还可以用于生物医学材料、声学材料和光学材料等领域。
总结起来，二氧化硅气凝胶是一种多孔材料，甲醇超临界干燥是制备二氧化硅气凝胶的常用方法之一。
该方法具有高效快速、均匀性好和无机有机一体化等优势，在催化剂载体、吸附剂和材料领域有广泛的应用前景。
随着科技的不断发展，二氧化硅气凝胶及其制备方法将在更多领域展现出巨大的潜力。