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低密度高比表面积SiO2气凝胶的常压制备-材料学专业论文
独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到,本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名: 日期: 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本论文属于 必威体育官网网址□ ,在 年解密后适用本授权书。 不必威体育官网网址□。 (请在以上方框内打―√‖) 学位论文作者签名: 指导教师签名: 日期: 年 月 日 日期: 年 月 I I 摘 要 SiO2 气凝胶是一种结构可控的轻质纳米多孔材料,具有超低密度、高比表面积、 高孔隙率和低热导率等特点,在保温隔热、声阻抗耦合、废气废水处理和催化剂及 催化剂载体等领域有着广泛的应用价值。传统方法制备的 SiO2 气凝胶含有大量吸水 基团,在空气中易吸水破裂,影响其使用性能;另外,采用超临界干燥技术不仅提 高了 SiO2 气凝胶的制备成本,也不利于 SiO2 气凝胶的规模化生产。 本文以正硅酸乙酯为先驱体,通过酸碱两步溶胶-凝胶法制备了 SiO2 气凝胶,利 用六甲基二硅氮烷(HMDZ)对湿凝胶进行表面疏水改性以期改善吸水易碎,采用 常压干燥技术以降低气凝胶的制备成本。同时,对 SiO2 气凝胶的掺杂研究也进行了 初步探讨。在制备 SiO2 气凝胶的过程中,设计了四因素三水平正交试验研究了各因 素对其不同性能的影响,并从对正交试验的分析中得出了最优配比,即:TEOS 与水 的摩尔比是 1:4,TEOS 与乙醇的摩尔比是 1:6。在此最优配比条件下,往 SiO2 湿凝 胶中掺杂了纳米 Ag 和纳米 Au,以增强 SiO2 气凝胶的强度;同时,将 SiO2 气凝胶掺 杂到了多孔材料中,以期在保持相同的隔热情况下降低生产成本。 本文通过红外光谱(FI-IR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、BET 吸附、 X 射线衍射分析(XRD)和差热-热重分析(DTA-TG)等手段对所制气凝胶的表面 基团、微观形貌、结构和热稳定性进行了研究。分析结果表明:经过表面改性的 SiO2 气凝胶具有良好的疏水性,与水的接触角约为 139.4°,其比表面积为 952 m2/g,平 均孔径约 5~10 nm,孔隙率达 94.2%,热分解温度为 300℃,且其密度仅为 0.127 g/cm3; 掺杂纳米 Au 和 Ag 的 SiO2 气凝胶热分解温度为 400℃,比未掺杂的 SiO2 气凝胶热分 解温度提高了 100℃,且强度也比较高;而将 SiO2 气凝胶掺杂到多孔材料中,不仅 提高了其热稳定性,而且在保持较好的隔热状况下,大大降低了成本。 关键词:SiO2 气凝胶, 常压干燥, 疏水改性, 掺杂 II II ABSTRACT Silica aerogels are light mesoporous materials with low density, high sueface aera, high porosity and low thermal conductivity whose structure could be controlled. These properities make silica aerogels be widely used in themal insulation, acoustic impedance coupling, water treatment as well as catalyst and catalyst carrier. Aerogels made by traditional method have many water absorption groups. These groups make it easy to burst in the air which affects its performance greatly. Also it will greatly improves the cost of silica aerogels by supercritical drying which is bad for its large-scale production. In this paper, using tetraethylorthosilicate(TEOS) as prec
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