置換溶出法制備SiO2氣凝膠探索研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著能源緊缺和環(huán)保問(wèn)題的加劇，越來(lái)越多的團(tuán)隊(duì)嘗試研究和探索新型氣凝膠，希望實(shí)現(xiàn)SiO2氣凝膠的真正產(chǎn)業(yè)化。本文基于常溫常壓干燥法的前提提出了合成氣凝膠的新思路—置換溶出法，以合成制備工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、生產(chǎn)過(guò)程綠色環(huán)保作為根本出發(fā)點(diǎn)。用工業(yè)水玻璃作為原料，分別探索了應(yīng)用不同基團(tuán)高分子聚合物PEG（分子量600、1000、6000、10000）、PVA和PAM置換溶出合成SiO2氣凝膠的方法，另外嘗試引入海藻酸鈉置換溶出合成SiO

2、2氣凝膠。具體探索研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)向SiO2水溶膠中加入高分子聚合物，利用溶膠-凝膠法合成有機(jī)—無(wú)機(jī)復(fù)合的SiO2濕凝膠。探索先置換溶出法和后置換溶出法對(duì)合成SiO2氣凝膠的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為后置換溶出法合成的固體平均孔徑12nm，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，先置換溶出法合成的固體更接近于干凝膠，孔隙較少，顆粒粒徑大。對(duì)比了微波快速干燥和烘箱緩慢干燥對(duì)合成固體性能的影響，得出結(jié)論微波干燥不適用于置換溶出法合成SiO2濕凝膠。

3、　　(2)高分子聚合物添加比例分別為1％、0.5‰、1‰、0.8‰、0.5‰、0.1‰、0.05‰，測(cè)試各組FI-IR、SEM、TEM、XRD、TG-DSC性能表現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果:高聚物引入量為0.05‰和0.1‰時(shí)SiO2氣凝膠密度小，孔結(jié)構(gòu)好;引入PEG時(shí)，隨PEG分子量增加，固體的平均孔徑和孔容積減小，比表面積增大;采用PAM、PEG、PVA置換溶出合成SiO2氣凝膠顆粒或團(tuán)簇平均直徑10～20 nm，平均孔徑18nm，大部分是1～2

4、5nm小孔，分布均勻，有少量孔徑在100nm左右大小;通過(guò)海藻酸鈉用置換溶出法合成的SiO2氣凝膠不適用于作為置換溶出法的介質(zhì)。
　　(3)優(yōu)化使用TMCS表面改性法合成SiO2氣凝膠的工藝，優(yōu)化后合成條件為45℃恒溫水浴、密封磁力攪拌。優(yōu)化置換溶出法合成工藝結(jié)論:置換溶出溫度應(yīng)從80℃逐漸升溫至105℃，并循環(huán)多次;PH值在6.2-6.4凝膠反應(yīng)速率最快;置換溶出時(shí)間達(dá)到72小時(shí)以上。對(duì)比置換溶出法和TMCS表面改性法制備出的S

5、iO2氣凝膠的性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明置換溶出法合成的SiO2氣凝膠單個(gè)粒子間的平均孔徑比TMCS表面改性法合成樣品的大，且比表面積和粒子團(tuán)簇體積皆遠(yuǎn)小于后者。
　　(4)對(duì)氣凝膠產(chǎn)業(yè)化的可行性進(jìn)行研究，分析了我國(guó)氣凝膠產(chǎn)業(yè)化的內(nèi)在推動(dòng)力和國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)氣凝膠產(chǎn)業(yè)化的機(jī)制;應(yīng)用PEST分析法研究氣凝膠產(chǎn)業(yè)的宏觀經(jīng)濟(jì)環(huán)境;依據(jù)材料過(guò)程工程學(xué)理論對(duì)氣凝膠生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行SWOT分析;分別從技術(shù)創(chuàng)新、人才體系、融資機(jī)制和政治法律保障體系等方面提出促進(jìn)我