【正文】 通過 對 Fe/SiO2催化劑 和 Mo/SiO2催化劑 的表征，可以看出 Fe 和 Mo 的負(fù)載 對二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)和 物理學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生一定的影響，但影響不大。其他位置與未摻雜 Mo 催化劑相比變化不大。在 3450 cm1，由于 OH鍵的伸縮振動，有一個即強(qiáng)又寬的吸收帶。 因此，能迅速形成許多相對致密的 SiO2 膠體顆粒。 pH 值對凝膠時間的影響 上述反應(yīng)在室溫下非常緩慢，通常需要幾天才能完成。實(shí)驗(yàn)表明，不同的用水量對凝膠時間影響很大。 溫度對凝膠時間的影響 溫度對凝膠化時間的影響較大，選擇合適溫度顯得尤為重要。對于一定的體系，影響反應(yīng)動力學(xué)的外部條件是多方面的，水解聚合反應(yīng)的條件是影響聚合物的結(jié)構(gòu)和尺寸的重要因素。/min?；谏鲜鲈颍緦?shí)驗(yàn)研究確定選用正硅酸乙酯（ TEOS）的母醇，乙醇作為溶膠 凝膠過程中的溶劑。因此。農(nóng)業(yè)中改性氣相法納米二氧化硅可以添加到除草劑和殺蟲劑中。添加改性納米二氧化硅不但可以在色澤上改善橡膠制品 ,而且使橡膠制品物理力學(xué)性能 (抗撕裂強(qiáng)度、韌性、耐磨性、耐老化性能 )和 電學(xué)性能 (電絕緣性 )都有明顯提高。 在納米二氧化硅表面接枝疏水基團(tuán) ,減少其表面輕基數(shù) ,使之由親水疏油變?yōu)槭杷H油 ,同時增大納米二氧化硅粒子之間的位阻 ,減少粒子 之間的團(tuán)聚 ,增強(qiáng)納米二氧化硅與有機(jī)介質(zhì)的相溶性 ,可顯著改善納米二氧化硅的應(yīng)用效果和擴(kuò)大應(yīng)用范圍。此外 ,亦可利用超聲波等分散手段 ,使沉淀過程得到控制 ,從而防止顆粒團(tuán)聚 ,使產(chǎn)品性狀得 到改善。 超重力法制備納米二氧化硅 該工藝 [16]是將一定濃度的水玻璃溶液靜置過濾后置于超重力反應(yīng)器中，升溫至反應(yīng)溫度后，加人絮凝劑 和表面活性劑，開啟旋轉(zhuǎn)填充床和液料循環(huán)泵不斷攪拌和循環(huán)回流，溫度穩(wěn)定后，通人 CO2氣體進(jìn)行反應(yīng)，當(dāng) pH值穩(wěn)定后停止進(jìn)氣。該工藝是制備納米二氧化硅簡便易行的方法，于常溫下即可快速反應(yīng) 。在堿催化下 , TEOS 的水解較完全 ,易于形成球形粒子 。為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn) ,在工藝上尚需進(jìn)一步研究 ,實(shí)現(xiàn)有機(jī)組分的分離與回收 ,以及尋求有效的途徑實(shí)現(xiàn)去除產(chǎn)品有機(jī)雜質(zhì)的同時防止顆粒團(tuán)聚等。微乳液法就是通過向由前驅(qū)物制得的微乳液中滴加酸化劑或催化劑 ,使制備反應(yīng)在微乳液泡內(nèi)發(fā)生 ,利用微乳液使固相的成核生長、凝結(jié)、團(tuán)聚等過程局限在一個微小的球形液滴微泡內(nèi) ,從而形成納米球形顆粒 ,又避免了顆粒之間進(jìn)一步團(tuán)聚 ,易實(shí)現(xiàn)粉體粒徑的可控性生產(chǎn)。以四氯化硅為例，其反應(yīng)式為 : 5 SiCl4 + (n+2) H2 + (n/2+1) O2 → SiO2?nH2O + 4HC1 （ 11） 干法中還有硅砂和焦炭的電弧加熱法，有機(jī)硅化合物分解法等。我們亦可以尾礦為原料制備納米二氧化硅 ,達(dá)到變廢為寶的目的。 它具有許多獨(dú)特的性質(zhì) [5]： 例如具有量子尺寸、量子隧道效應(yīng) ,具有特殊的光、電特性與高磁阻現(xiàn)象 ,非線性電阻現(xiàn)象以及高溫下仍具有的高強(qiáng)、高韌、穩(wěn)定性好等奇異特性 。目前用于制備納米材料的方法層出不窮，主要包括氣相法、電弧法、等干法和沉淀法、溶膠 凝膠法、微乳液法、超重力反應(yīng)法等濕法。 與同組成的大顆粒相比，納米粉體往往具有許多其它結(jié)構(gòu)材料無法比擬的特性，如超塑性、高強(qiáng)性、大磁阻、大比表面積、低熱導(dǎo)性、不尋常的軟磁性等。 本文 研究了溶劑（水和乙醇）的用量，溫度及溶液酸 度對溶膠凝膠化時間的影響。 并用紅外光譜儀， X 射線衍射儀 表征了用 溶膠凝膠法制備 的二氧化硅 負(fù)載 金屬鐵 與負(fù)載金屬鉬 。納米材料的這些特性，使其在電子、冶金、航天、生物和醫(yī)學(xué)等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。對所制材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效控制是納米技術(shù)的難點(diǎn)，其中溶膠 凝膠法因 產(chǎn)物顆粒均一 , 過程易控制 ,所得產(chǎn)品具有較大的比表面積等優(yōu)點(diǎn)，近年來引起了人們的極大興趣。這些獨(dú)特的性質(zhì)使它具有抗紫外線的光學(xué)性能 ； 可提高材料的抗老化性和耐化學(xué)性 。利用各種硅含量較高的廢棄物為原料制備納米二氧化硅 ,為部分廢棄物提供了現(xiàn)實(shí)可靠的出路 ,實(shí)現(xiàn)資源增值 ,緩解了工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境所造成的壓力。主要流程是 :將上述硅化合物在空氣和氫氣中均勻混合，于高溫下水解，再通過旋風(fēng)分離器，分離出大的凝集顆粒，最后脫酸制得氣相 SiO2，其反應(yīng)式為 : 2H2 + O2 + 硅化合物 → 氣相 SiO2 + 4H+ （ 12） 段先健 [8]等利用一定的比例氧氣、氫氣和有機(jī)鹵硅烷，連續(xù)地輸進(jìn)燃燒噴嘴，在反應(yīng)室中燃燒反應(yīng) 。微乳液在整個制備過程中是作為一個微反應(yīng)器和模板 ,其制備效果對產(chǎn)品的質(zhì)量起了關(guān)鍵作用。 王玉琨 [12]等以 TritonX100/正辛醇 /環(huán)己烷 /水 (或氨水 )形成微乳液，在考察該微乳液系統(tǒng)穩(wěn)定相行為的基礎(chǔ)上，由正硅酸乙酯 (TEOS)水解反應(yīng)制備納米粒子。在酸催化下 ,由于單體聚縮速率較大 ,水解反應(yīng)過程易發(fā)生線性縮合 ,形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而難以形成球形粒子。制得納米二氧化硅為粒徑分布均勻的球型顆粒，平均粒徑在 40 nm 以下。加酸調(diào)節(jié)料液的聲值，并保溫陳化，最后經(jīng)過洗滌、抽濾、干燥、研磨、過篩等操作，制得粒度為 30 nm 的二氧化硅粉體。 由稻殼提取高二氧化硅 稻殼是一種硅含量豐富的天然材料，其 SiO2含量一般在 18%～ %，其余為有機(jī)物和微量金屬元素。因此 ,對納米二氧化硅粒子表面進(jìn)行改性處理具有很重要的實(shí)際意義。 功能涂料 改性后的納米二氧化硅表面經(jīng)基數(shù)減少使其在涂料中能夠均勻分散 ,并且某些改性劑還能使納米二氧化硅具有特殊的補(bǔ)強(qiáng)性能 ,可參與生產(chǎn)特殊功用的功能涂料。如添加到二硝基 苯胺和尿素混合物中 ,可以防止這種混合物結(jié)塊；添加到顆粒狀殺蟲劑配方中 ,會更有效地控制和防止有害物的產(chǎn)生 [25]。目前母體原料一般選用硅的醇鹽，最常用的是正硅酸甲酯（ TMOS， Si(OCH3)4）和正硅酸乙酯（ TEOS， Si(OCH2CH3)4）。 制備工藝的選擇 溶膠 凝膠法在材料的化學(xué)合成中有其獨(dú)到的優(yōu)越性，特別是在 SiO2 氣凝膠的制備工 13 藝中，國內(nèi)外一般是先用溶膠 凝膠法制備出 SiO2濕凝膠。 （ 2） 紅外光譜掃描 （ IR） 實(shí)驗(yàn) 在美國 PerkinElmer 公司 紅外光譜儀上進(jìn)行 IR 掃描。本 章研究了溶劑（水和乙醇）的用量，溫度及溶液酸度對溶膠凝膠化時間的影響。 表 為老化溫度對凝 15 膠化時間的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。由于在水解反 16 應(yīng)中，正硅酸乙酯 Si(OC2H5)4 中的一個 OC2H5 基團(tuán)被 OH 取代后，剩余的 OC2H5 基團(tuán)反應(yīng)活性低于開始時被取代的那個 OC2H5基團(tuán)。由于這個原因，反應(yīng)須加入酸或堿催化劑，使用的催化劑的量和種類，會對最終的氣凝膠產(chǎn)品的微結(jié)構(gòu)及物理性能產(chǎn)生重要影響。所以在堿性條件下，溶液往往會產(chǎn)生混濁，大量硅酸的沉淀以及 SiO2 膠體顆粒的生成對溶膠網(wǎng)絡(luò)的形成很不利。而在 1639 cm1可以看到一個弱的 OH彎曲振動產(chǎn)生的吸收帶。 20 結(jié) 論 本論文研究了 溶劑（水和乙醇）的用量，溫度及溶液酸度對溶膠凝膠化時間的影響 。 21 參考文獻(xiàn) [1] 張立德，牟季美 .納米材料和納米結(jié)構(gòu) [M].北京 :科學(xué)出版社 , 2020. [2] 吳慶生 ,鄭能武 .分子自組裝與納米材料的制備 [J].化學(xué)世界 ,1995,5:233235. [3] Zilg C, Reichert P, Dietsche. Plastics and Rubber Nano Composites Based upon Layered Silicates[J]. Kunstsoffe Plast Europe,1998,88(10):1812. [4] 王永康 ,王立 . 納米材料科學(xué)與技術(shù) [M]. 杭州 :浙江大學(xué)出版社 , 2020. [5] 蔡亮珍，楊挺 .納米二氧化硅在高分子領(lǐng)域中的應(yīng)用 [J].現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用， 2020, 14(6)。當(dāng)在其他條件不變的情況下，調(diào)節(jié)溫度分別為 30， 40，50， 60， 70， 80 時，得出 溫度的上升會引起凝膠時間變 短， 由于溫度的升高加速了反應(yīng)的進(jìn)行，但是時間過短， SiO2的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強(qiáng)化不好，時間過長，又不利于實(shí)際應(yīng)用 ，所以 40℃下老化比較適宜 。位置出現(xiàn)尖銳晶體特征峰，應(yīng)該是 MoO3特征峰。 Mo/SiO2 催化劑 XRD、 IR 表征 分析 4000 3500 3000 2500 2020 1500 1000 500Transmission(%)W av enum ber(c m1)ab345216411639345010891083796796 圖 Mo/SiO2催化劑的 IR譜圖 Fig. IR spectra of 15% Mo content Mo/SiO2 catalyst (a) SiO2, (b)15%Mo/SiO2 使用傅立葉變換紅外儀，對產(chǎn)品進(jìn)行紅外光譜分析，光譜圖見圖 。在堿性條件下， OH 離子使 TEOS 迅速發(fā)生水解反應(yīng)，并產(chǎn)生硅酸沉淀。因此考慮到反應(yīng)速度等因素，本實(shí)驗(yàn)選用水解度為10~20。實(shí)驗(yàn)中，固定溶液 pH=3，摩爾比 Ethanol/TEOS=。由于氣凝膠能基本保持其在凝膠態(tài)時的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不變，因此可以通過改變乙醇的用量來調(diào)節(jié)所期望的氣凝膠的密度，雖然使用過量的水也有類似的作用，但由于過多的水會因?yàn)榕c TEOS 不完全互溶而沉于容器底部，所以不宜采用。 14 第 3 章 結(jié)果與討論 各種因素對制備二氧化硅氣溶膠的影響 溶膠 凝膠方法最主要的物理化學(xué)過程是由溶膠變成凝膠的階段要發(fā)生水解縮聚 反應(yīng)，而水解反應(yīng)和縮聚反應(yīng)是一對同時進(jìn)行的競爭反應(yīng)。 （ 1）多晶 X 射線衍射實(shí)驗(yàn) （ XRD） 在北京普析 MASAL XD3 型 X 射線衍射儀上進(jìn)行 XRD 測試，實(shí)驗(yàn)參數(shù)為： Cu Kα輻射，管壓 36KV，管流 20mA，