鋅基氣凝膠的研究.pdf

1、氣凝膠是具有低密度、高孔隙率以及高比表面積等特點(diǎn)的新型納米材料，可廣泛應(yīng)用于催化、吸附、高能物理等領(lǐng)域。鋅基氣凝膠成型性差，難于制備出完整的塊狀氣凝膠，限制了其應(yīng)用，因此目前對(duì)其研究較少。本論文系統(tǒng)的研究了鋅基復(fù)合氣凝膠的制備、氧化以及還原過(guò)程。以鋅的無(wú)機(jī)鹽為前驅(qū)體，研究在不同的制備參數(shù)（前驅(qū)體、溶劑、模板劑、水解比、凝膠促凝劑等）下所得到的濕凝膠，經(jīng)超臨界干燥工藝獲得相應(yīng)的鋅基復(fù)合氣凝膠樣品;利用高級(jí)流變儀研究了不同反應(yīng)體系的粘度變化

2、，考察了體系儲(chǔ)能模量和耗能模量的變化;用氮?dú)夂脱鯕獾幕旌蠚夥昭趸幚?，制備了氧化鋅氣凝膠;采用一氧化碳與氮?dú)獾幕旌蠚怏w為還原鋅基復(fù)合氣凝膠，成功制備得到碳?xì)饽z。
　　用聚丙烯酸和檸檬酸都制備出鋅基復(fù)合氣凝膠，說(shuō)明聚丙烯酸和檸檬酸都具有模板劑的功能，但是制備的氣凝膠在微觀結(jié)構(gòu)上卻有很大的差異，這是與模板劑的分子鏈的長(zhǎng)短具有直接聯(lián)系。在制備鋅基復(fù)合氣凝膠過(guò)程中，模板劑的分子量和ZnCl2的含量都會(huì)對(duì)氣凝膠的微觀結(jié)構(gòu)造成關(guān)鍵影響:用分

3、子量為1800聚丙烯酸與ZnCl2的摩爾比為1∶40制備的氣凝膠微觀顆粒間的孔隙率高，孔洞結(jié)構(gòu)均勻，比表面積為470m2/g，總的孔體積為1.846cm3/g;以檸檬酸為模板劑制備的氣凝膠的膠體顆粒之間較為致密，孔洞結(jié)構(gòu)不明顯，孔隙率低，比表面積為54m2/g，總的孔體積為0.126cm3/g。
　　在溶膠—凝膠過(guò)程中，系統(tǒng)的研究了水量、環(huán)氧丙烷用量、聚丙烯酸用量對(duì)體系凝膠時(shí)間、氣凝膠密度和比表面積的影響。利用高級(jí)流變儀研究了反應(yīng)

4、體系的粘度變化，對(duì)溶膠—凝膠過(guò)程進(jìn)行研究。通過(guò)粘度的變化考察了體系儲(chǔ)能模量和耗能模量變化，確定了凝膠時(shí)間;并研究了影響氣凝膠比表面積和密度因素。運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)方法計(jì)算了不同分子量同濃度及同分子量不同濃度的聚丙烯酸的回旋半徑和徑向分布函數(shù)。用分子量1800的聚丙烯酸作為模板劑，將其濃度控制在0.11g·mL-1制備出鋅基復(fù)合氣凝膠的微觀結(jié)構(gòu)較好，這與實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是相一致的。
　　在氣凝膠氧化處理中，研究了不同氣體氣氛、退火溫度以及升溫

5、速率對(duì)氣凝膠的成型性和微觀結(jié)構(gòu)的影響。在氮?dú)狻醚鯕鉃?0∶1的混合氣氛中，500℃的高溫下，對(duì)鋅基復(fù)合氣凝膠進(jìn)行退火處理，得到的氧化鋅氣凝膠孔隙率較高，骨架結(jié)構(gòu)纖細(xì)，孔洞分布均勻，比表面積為125 m2/g，總的孔體積為0.25cm3/g。制備的氧化鋅氣凝膠具有六方晶系的單一物相晶體結(jié)構(gòu)，并運(yùn)用Rietveld計(jì)算模擬方法對(duì)氧化鋅氣凝膠的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行精修。測(cè)試氧化鋅氣凝膠的熒光光譜，發(fā)現(xiàn)隨著溫度升高，氧化鋅氣凝膠的發(fā)光光譜峰沒(méi)有發(fā)生紅移

6、或者藍(lán)移，發(fā)光強(qiáng)度隨著溫度升高增強(qiáng)。
　　開(kāi)發(fā)出了一種制備高純度碳?xì)饽z的新技術(shù)。在一氧化碳∶氮?dú)鉃?00∶1的混合氣氛中，980℃的高溫下，對(duì)鋅基復(fù)合氣凝膠進(jìn)行還原，制備出碳?xì)饽z。該方法制備的碳?xì)饽z密度低、比表面積高，這對(duì)其修飾、復(fù)合、改性等更進(jìn)一步研究提供了良好的基礎(chǔ)。XPS測(cè)試發(fā)現(xiàn)氣凝膠中碳元素的單質(zhì)的形式存在，EDS測(cè)試表明碳元素占96.8％;前驅(qū)物不同配比對(duì)樣品的多孔結(jié)構(gòu)、比表面積有較大影響;碳?xì)饽z比表面積可達(dá)15