【摘要】：SiO_2氣凝膠是一種新型的多孔材料,因其密度低、比表面積高、熱導(dǎo)率低等性能備受關(guān)注,在隔熱、催化等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。目前,阻礙SiO_2氣凝膠大規(guī)模生產(chǎn)的主要原因是:超臨界干燥法作為傳統(tǒng)干燥方法,不僅能耗大、設(shè)備昂貴且有危險(xiǎn)性。因此,本文分別采取表面修飾法和有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化法常壓干燥制備SiO_2氣凝膠,并研究其隔熱性能和催化性能。本文以正硅酸乙酯(TEOS)為硅源,以乙醇(EtOH)為溶劑,通過(guò)酸堿催化兩步法,經(jīng)三甲基氯硅烷(TMCS)表面改性后常壓干燥獲得SiO_2氣凝膠。研究了溶膠-凝膠過(guò)程、凝膠的后處理過(guò)程中各工藝參數(shù)對(duì)氣凝膠性質(zhì)的影響。在此基礎(chǔ)上,引入第二硅源乙烯基三乙氧基硅烷(TEVS)與TEOS共同水解縮聚,從而原位引入乙烯基。采用掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、傅里葉變換紅外光譜、熱重差熱分析、氮?dú)馕摳綔y(cè)試等手段對(duì)SiO_2氣凝膠及其復(fù)合材料的形貌、結(jié)構(gòu)及性能進(jìn)行了表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)物質(zhì)摩爾比TEOS:H_2O:EtOH:HCl:NH_4OH=1:5:10:10~(-3):3×10~(-3)時(shí),經(jīng)過(guò)老化、溶劑置換、表面改性和常壓干燥后能獲得性能良好的SiO_2氣凝膠,其密度為0.101 g/cm~3,比表面積1144.01 m~2/g,接觸角達(dá)155°,孔隙率為95.3%。將此工藝條件應(yīng)用于氣凝膠復(fù)合玻璃纖維,獲得的復(fù)合材料比表面積達(dá)1056.22 m~2/g,熱導(dǎo)率0.0164 W/(m?K),接觸角達(dá)152°,且在270℃以下保持超疏水特性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)TEVS:TEOS=5:5時(shí),獲得的氣凝膠呈現(xiàn)出良好的彈性。通過(guò)TEVS與TEOS的共聚(有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化法)可以略去表面改性的步驟,縮短制備周期。以此復(fù)合氣凝膠為載體,通過(guò)負(fù)載鉑催化劑將氣凝膠應(yīng)用于硅氫加成反應(yīng)。以正辛烯與三乙氧基硅烷的硅氫加成反應(yīng)為模板,研究了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、正辛烯/三乙氧基硅烷摩爾比等對(duì)正辛烯轉(zhuǎn)化率和正辛基三乙氧基硅烷收率的影響。結(jié)果表明,聚乙烯基倍半硅氧烷氣凝膠負(fù)載鉑催化劑的催化性能良好,在反應(yīng)溫度為100℃、反應(yīng)時(shí)間60 min、正辛烯:三乙氧基硅烷=1:1.5的條件下,正辛烯轉(zhuǎn)化率達(dá)97.09%,正辛基三乙氧基硅烷的收率達(dá)87.00%。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文圖 1-2 硅酸縮聚反應(yīng)示意圖[3]酸縮聚反應(yīng)如圖 1-2 所示。Si-OH 在堿性催化劑（NH4OH、N下發(fā)生縮聚反應(yīng)，脫去一各分子 H2O，形成 Si-O-Si 鍵，這些短氧化硅初級(jí)粒子。當(dāng) NH4OH 用量增加，即 OH-濃度較大時(shí)，，聚更趨向于形成具有高度交聯(lián)的粒子聚集體（次級(jí)粒子）。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文的程度而增加醇凝膠的剛度和強(qiáng)度，但是這一步會(huì)降低滲透性程中，物質(zhì)被運(yùn)送到顆粒之間的頸部區(qū)域，形成更堅(jiān)硬的凝膠 干燥過(guò)程燥前凝膠孔隙中充滿未反應(yīng)的 TEOS、醇和水，如圖 1-4a 所示指：用空氣取代凝膠孔隙中的液體而保持凝膠原有結(jié)構(gòu)不被破擇合適的干燥方法和干燥條件對(duì)氣凝膠的性質(zhì)至關(guān)重要。在干凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)起破壞作用的主要原因有兩個(gè)：一是 SiO2表面的過(guò)程中會(huì)縮聚，產(chǎn)生粒子的團(tuán)聚[24]；二是彎曲液面產(chǎn)生的毛細(xì)管-4b 所示。這就是當(dāng)凝膠骨架強(qiáng)度不夠時(shí)，無(wú)法獲得具有原凝膠的原因。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ427.26;TB33

【參考文獻(xiàn)】

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1 何飛;郁萬(wàn)軍;方e

本文編號(hào)：2654426