超声震荡 气凝胶的非超临界干燥法制备及其表征

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1、Vol.25高等学校化学学报No.22004年2月CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES325~329块状TiO气凝胶的非超临界2/SiO2干燥法制备及其表征王玉栋陈龙武甘礼华侯继(同济大学化学系上海200092)摘要分别通过TiO和SiO的单独溶胶和TiO复合凝胶并添加干燥控制化学添加剂甲酰胺形成222/SiO2比较完善的凝胶网络结构同时通过正硅酸乙酯的乙醇溶液浸泡低表面张力溶剂替换和分级陈化以及干燥等步骤实现了块状TiO复合气凝胶的非超临界干燥制备.所得TiO气凝胶为无色或乳白色2/SiO22/SiO2轻质块状

2、多孔固体表观密度约0.4~0.9g/cm3孔隙率约80%~95%.它由直径约10nm的TiO2和SiO2微粒相互分散复合而成孔洞直径约几十纳米.其相态SiO为无定形TiO为锐钛矿晶型.随着焙烧温度22的升高直到800C不发生相变化.关键词TiO气凝胶;非超临界干燥;制备;甲酰胺2/SiO2中图分类号O648文献标识码A文章编号0251-0790(2004)02-0325-05气凝胶是一种由胶体粒子或高聚物分子相互聚结构成的纳米多孔固体材料其孔隙率高~微孔分布均匀~透光性好是热导率~光折射率和介电常数最低的固体[1].TiO2/SiO2气凝胶的氧化还

3、原能力强~化学性质稳定引入SiO胶体粒子可使其比表面积~透明度~热稳定性和骨架强度等进一步提2高[2][3]和酚类污染物[4]时的活性很高.块状TiO气凝胶还因此在光催化处理液相中的氰化物2/SiO2可以克服TiO粉体回收困难和紫外光利用率低等缺点因此具有广阔的应用前景.2传统的气凝胶制备工艺是将醇凝胶放入高压釜内经超临界干燥获得[1].这一过程对设备要求高条件控制和操作困难整个干燥过程耗时长~制备效率低极大地制约了气凝胶的实际应用.近年来研究者积极探索各种非超临界干燥工艺并在块状SiO气凝胶[5]和SiO气凝胶薄膜[6]的制备方面取22得了一定进

4、展.Kwon等[7]将TiO粉末掺入SiO溶胶中后调节pH值使其在3~5min内快速凝22胶再用非超临界干燥的方法制得掺杂TiO粉末的SiO气凝胶.用这种方法得到的产品TiO以粉末222颗粒的形式夹杂在SiO气凝胶中其分布极不均匀.鉴于TiO气凝胶结构的松脆性用非超临界干22燥方法制备块状TiO气凝胶的研究至今未见报道.2/SiO2本文将TiO醇溶胶和SiO醇溶胶混合添加干燥控制化学添加剂(DCCA)甲酰胺得到分散均22匀的复合醇凝胶再用独特的非超临界干燥工艺在常压下制得成块性和透明性好的TiO气凝2/SiO2胶.探讨了体系的配比和添加剂等的用量对

5、凝胶过程和气凝胶品质的影响并用IRXRDSEM和TEM等手段对所得复合气凝胶进行了结构表征.1实验部分1.1试剂和TiO2/SiO2气凝胶的制备钛酸丁酯~正硅酸乙酯~硝酸~乙醇均为分析纯试剂水为去离子水碱性硅溶胶(上海试剂二厂)SiO质量分数25%~30%胶粒平均直径<12nm.2参照文献[89]方法制备TiO醇溶胶.将钛酸丁酯和乙醇按一定比例混合均匀得到溶液1;将2硝酸~水和乙醇按一定比例混合均匀得到溶液2.在强烈搅拌下将溶液2缓慢加入到溶液1中即收稿日期:2003-02-27.基金项目:国家自然科学基金(批准号:29973029)和上海市科学技

6、术委员会基金(项目编号:0216nm035)资助.联系人简介:陈龙武(1939年出生)男教授博士生导师从事物理化学~胶体及界面化学研究.E-mail:chenlwshyahoo.com326高等学校化学学报Vl.25得TiO醇溶胶.制备时各组分摩尔比为n(钛酸丁酯)/n(乙醇)/n(水)/n(硝酸)=1/18/3.75/O.58.2参照文献[5]方法制备SiO醇溶胶.在硅溶胶中加入一定量的硝酸,在强烈搅拌下加入乙醇,制2得SiO醇溶胶.其中V(硅溶胶)/V(乙醇)/V(4%硝酸水溶液)=1O/16/4.2TiO2/SiO2醇凝胶的制备,将上述两种溶

7、胶放置24h,按一定比例混合后,加入适量甲酰胺,强烈搅拌,超声振荡分散处理,即得颗粒均匀分散的TiO醇溶胶,放置一段时间后得到TiO2/SiO22/SiO2醇凝胶.TiO醇溶胶~SiO醇溶胶以及TiO复合醇凝胶的制备温度均控制在2C左右.222/SiO2TiO2/SiO2气凝胶的制备,将TiO2/SiO2醇凝胶放入45C烘箱中陈化24h,转入6OC恒温水浴中,先用无水乙醇浸泡24h,重复1次,以置换除去醇凝胶中多余的水分,再用正硅酸乙酯的乙醇溶液[5]和无水乙醇重复以上操作;最后将浸泡处理过的TiO醇凝胶直接放在7OC烘箱中干燥2/SiO272h即

8、可得到TiO2/SiO2气凝胶样品.1.2凝胶化时间~气凝胶表观密度和相组成测定及电镜观察以两种溶胶混合并加入甲酰胺时为初