气凝胶小球的制备与应用研究

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1、同济大学硕士学位论文气凝胶小球的制备与应用研究姓名：贾云砚申请学位级别：硕士专业：物理化学指导教师：陈龙武20050113同ll}-头f硕士研究生学位论文摘要气凝胶是一种由纳米粒子相互聚结构成的多孔性固态材料，具有密度低、孔隙率高孔分布均匀、透光性能好等优点，因而在超低密度耐高温材料、高效高能电极、声阻抗祸合材料、高效催化剂及其载体、吸附剂等方面具有非常广阔的应用前景。气凝胶通常是由溶胶一凝胶过程和超临界干燥工艺制备，超临界干燥工艺对设备要求高，条件控制和操作困难，制约了气凝胶的实际应用。近年来研究者积极探索各种制备气凝胶的非超临界干燥工艺，并成功使用非超临界干燥工艺制备了块状气凝胶。

2、但是，无论采用超临界干燥工艺还是非超临界干燥_L艺制备的气凝胶均为大小不一的块状或粉末状固态材料，在实际应用中存在着填充不均匀或回收困难等问题。将气凝胶制成球形后，将大大拓展其在隔热、催化以及色谱填充等领域的应用范围和效率。本文以硅溶胶为原料，通过滴液成球法和非超临界干燥工艺制备出了si0:气凝胶小球。所得Si02气凝胶小球为乳白色轻质固体，密度约300kg·m一3，气凝胶小球的大小均匀，其直径可控制在1-5mm范围内，比表面积高达271.89m'·g一}，孔分布集中在10-30nm。通过控制滴液成球工艺，可以准确得到所需直径的凝胶小球，再经非超临界干燥工艺便可得到S10:气凝胶小球，

3、其直径的收缩率稳定在10%左右。本文结合滴液成球技术和非超临界工艺制得Si02气凝胶小球，制备工艺稳定，成本低廉，为大规模制备隔热材料、工业催化剂和色谱柱填充材料提供了一条切实可行的路线。本文对于制备过程中煤油层高度、氨水浓度、溶胶pH值以及浸泡方法等因素对气凝胶小球的收缩率以及密度等品质的影响进行了探索，并且气凝胶小球的制备与应用研究共87页第4页同l0-"}-9硕士研究生学位论文通过BET,TEIA,SEM等测试手段对其进行了表征，从而对浸泡方法进行了优化。此外，本文在成功制备Si0:气凝胶小球的基础上又成功制备出了TiO扩Si02气凝胶小球。并且，本文探索了TiO:气凝胶小球在净

4、化水方面的应用。采用功率15W，波长254nm的紫外灯作为光催化反应的光源，在自己组装的试验装置中胜行Tioa/Sioe气凝胶小球净化水的小规模的实验。这些成果，为气凝胶小球的商业化应用描绘一副美好的蓝图。【关键词】气凝胶;非超临界干燥;Si0:气凝胶小球;TiO,气凝胶小球;制备:净化水[本论文得到国家自然科学基金(29973029)和上海市科委科技发展基金(0216nm035)的资助。]气凝胶小球的制备与应用研究共87页第5页同降云学硕士研究生学位论文AbstractAerogelisatypeofporousmaterialwhichiscomposedoflinkednano-

5、sizeparticles.Ithasveryhighspecificsurfacearea,highporosityandlowdensity.Itcanbeusedwidelyinmanyscientificandindustrialfields.Aerogelistraditionallypreparedby5ol-Gelprocessandsupercriticaldryingtechnique.However,thesupercriticaldryingtechniquedemandsadvancedequipments,whicharedifficulttohandlean

6、dcontrol.Hencethecostofsupercriticaldryingtechniqueisextraordinarilyhigh,thusmakingtheapplicationofaerogelpracticallyimpossible.Fortunately,non-supercriticaldryingtechniquewassuccessfullydevelopmentsinrecentyearsandmonolithicaerogelwaspreparedbyadoptingit.Nevertheless,nomatterbytakingcriticalorn

7、on-criticaldryingtechnique,theaerogelproductisasymmetricalmonolithicmaterialorpowdermaterial.Theasymmetryofaerogelproductcausesalotofdifficultiesinpractice,suchastheproblemsinreutilization.Thedevelopmentoftheaerogelballisbas