二氧化硅气凝胶及其复合材料的常压干燥制备与性能研究

摘要

二氧化硅气凝胶是一种纳米多孔结构材料，具有高比表面积，高孔隙率，低密度，低介电常数和低热导率等特点，其拥有独特的结构和众多优异的性能，在多个领域都具有广泛的应用前景，因此越来越受到人们的关注。然而，制备二氧化硅气凝胶的成本高昂，产品稳定性和机械强度较差，所以难以得到大规模推广应用。本研究工作主要通过常压干燥工艺实现二氧化硅气凝胶的制备，并通过调控制备工艺与掺杂复配改善复合材料性能，并对其结构与性能进行了深入研究，为二氧化硅气凝胶低成本制备与应用提供了可能的方向。本文围绕二氧化硅及其复合气凝胶的制备与性能开展了研究，主要包括以下三个部分:
　　(1)纯二氧化硅气凝胶的制备和表征
　　探索了以正硅酸乙脂为原料，采用溶胶-凝胶法、三甲基氯硅烷表面改性和常压干燥工艺制备出纯二氧化硅气凝胶，得到的最终产品具有纳米多孔交联网络结构，以Si和O为主要成分，成非晶形态，改性后表面被甲基取代，具有良好的热稳定性，比表面积达624.90m2g-1，孔径在l0～20nm附近，孔隙率高达98％。
　　(2)二氧化硅纳米纤维-二氧化硅复合气凝胶的制备和表征
　　在成功制备纯二氧化硅气凝胶的基础上，进一步对其复合气凝胶进行研究。以正硅酸乙脂为原料，原位合成的二氧化硅纳米纤维为增强相，采用溶胶-凝胶法、三甲基氯硅烷表面改性和常压干燥工艺制备出二氧化硅纳米纤维-二氧化硅复合气凝胶，表征了复合气凝胶的相关结构和性质，研究了二氧化硅纳米纤维对复合对气凝胶的影响。结果表明:二氧化硅纳米纤维的加入可以形成有效的骨架结构改善了气凝胶的微观形貌和空间结构，并且有着良好的相容性、分散性和热稳定性，保持了较高的孔隙率等优良性能，所得二氧化硅纳米纤维-二氧化硅复合气凝胶的比表面积达562.50m2g-1，孔径在10～20nm附近，孔隙率高达97％。
　　(3)二氧化硅-二氧化钛-铁复合气凝胶的制备、表征及性能研究
　　在上述研究的基础上进一步研究三元复合体系的气凝胶并验证了其在催化领域的优异性能。以正硅酸乙脂为原料，钛酸丁酯为钛源，硝酸铁为铁源，采用溶胶-凝胶法和常压干燥工艺制备出二氧化硅-二氧化钛-铁复合气凝胶，对复合气凝胶的相关结构和性质进行表征，并研究了其光催化性能。结果表明:二氧化硅-二氧化钛-铁复合气凝胶由纳米颗粒组成，呈锐钛矿二氧化钛晶型，比表面积达538.20m2g-1，孔径在5～l0nm附近，孔隙率高达97％，相对于二氧化钛其光催化效率有着大幅度提高。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．2 气凝胶的研究历程

1．3 二氧化硅气凝胶的基本性质及应用

1．3．1 二氧化硅气凝胶的基本性质

1．3．2 二氧化硅气凝胶的应用

1．4 二氧化硅气凝胶的制备方法

1．4．1 溶胶-凝胶化过程

1．4．2 凝胶的老化

1．4．3 干燥工艺

1．5 本文选题意义及研究内容

第2章 实验所用试剂及仪器设备

2．1 实验试剂和材料

2．2 实验仪器设备

第3章 纯二氧化硅气凝胶的制备和表征

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料的选择

3．2．2 纯二氧化硅气凝胶的制备过程

3．2．3 纯二氧化硅气凝胶的测试表征方法

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 纯二氧化硅气凝胶的微观结构分析

3．3．2 纯二氧化硅气凝胶的组成成分分析

3．2．3 纯二氧化硅气凝胶的物相分析

3．3．4 纯二氧化硅气凝胶的红外光谱分析

3．3．5 纯二氧化硅气凝胶的孔结构及比表面分析

3．3．6 纯二氧化硅气凝胶的热稳定性分析

3．4 本章小结

第4章 二氧化硅纳米纤维-二氧化硅复合气凝胶的制备和表征

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料的选择

4．2．3 二氧化硅纳米纤维-二氧化硅复合气凝胶的测试表征方法

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 二氧化硅纳米纤维-二氧化硅复合气凝胶的微观结构分析

4．3．2 二氧化硅纳米纤维-二氧化硅复合气凝胶的组成成分分析

4．3．4 二氧化硅纳米纤维-二氧化硅复合气凝胶的红外光谱分析

4．3．5 二氧化硅纳米纤维-二氧化硅复合气凝胶的孔结构及比表面分析

4．3．6 二氧化硅纳米纤维-二氧化硅复合气凝胶的热稳定性分析

4．4 本章小结

第5章 二氧化硅-二氧化钛-铁复合气凝胶的制备、表征及性能研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 实验原料的选择

5．2．3 二氧化硅-二氧化钛-铁复合气凝胶的光催化活性测试

5．3 实验结果与讨论

5．3．3 二氧化硅-二氧化钛-铁复合气凝胶的红外光谱分析

5．3．4 二氧化硅-二氧化钛-铁复合气凝胶的孔结构及比表面分析

5．3．5 二氧化硅-二氧化钛-铁复合气凝胶的光催化性能分析

5．4 本章小结

第6章 结论和展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果