【正文】 能的研究表征 13第3章 結(jié)果與討論 14 各種因素對制備二氧化硅氣凝膠的影響 14 乙醇用量對凝膠時間的影響 14 溫度對凝膠時間的影響 14 水解度對凝膠時間的影響 15 PH對凝膠時間的影響 16 Fe/SiO2催化劑XRD、IR表征分析 17 Mo /SiO2催化劑XRD、IR表征分析 18結(jié)論 21致謝 22參考文獻 23 納米二氧化硅的制備與表征摘 要：納米二氧化硅的比表面積大, 表面存在大量不飽和殘鍵及不同鍵合狀態(tài)的羥基,納米二氧化硅球形顆粒在光子晶體、催化劑載體、精密陶瓷材料、橡膠、涂料、色譜填料及高分子復合材料等許多技術領域有著非常廣泛的應用前景。這種新材料引起了人們的極大關注，各國紛紛開展這方面的研究，西方發(fā)達國家已經(jīng)把它的研制開發(fā)工作作為一項重要的戰(zhàn)略任務。 納米二氧化硅的應用納米二氧化硅比表面積大, 表面存在大量不飽和殘鍵及不同鍵合狀態(tài)的羥基,廣泛的應用于塑料、橡膠、纖維、涂料、生物技術等各種領域。鹵硅烷利用燃燒生成的水以及產(chǎn)生的熱量進行高溫水解縮合反應。粒徑大小則可由改變R和h控制，在R= ,h = 4的條件下，TEOS受控水解制得的SiO2 %粒徑為40～50 nm 。此方法利用乙酸和醇的酯化反應防止TEOS在乙酸存在下的線性縮合,使縮聚以多維的方式進行,從而制備了單分散的酸性納米二氧化硅粉體。稻殼炭化后的主要成分是二氧化硅，由于其本身的硅骨架是蜂窩狀的結(jié)構(gòu)，具有極強的活性，是生產(chǎn)白炭黑的優(yōu)質(zhì)原料。 塑料制品添加劑納米二氧化硅改性產(chǎn)品可以作為補強添加劑添加到塑料中,以提高塑料的形貌和物理化學性能例如,在環(huán)氧樹脂塑料中添加質(zhì)量分數(shù)為3%的未改性氣相法納米二氧化硅,材料的抗沖擊強度提高40%,拉伸強度提高21%,而添加經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑改性后的氣相法納米二氧化硅,塑料抗沖擊強度可提高124%,拉伸強度提高30% 。在TMOS和TEOS兩種醇鹽中，它們水解有相應的醇生成，由于甲醇有毒，因此，SiO2氣凝膠的制備一般選用TEOS。掃描參數(shù)為：掃描次數(shù)32；掃描范圍350~7800 cm1；分辨率： cm1 。用摩爾比H2O/TEOS（水解度）表示加水的相對量。實驗確定TEOS : Ethanol : Water = 1:5:10。 Mo/SiO2催化劑的XRD譜圖Fig. XRD spectra of 15% Mo content Mo/SiO2 catalyst (a) SiO2, (b)15%Mo/SiO2，a譜線為SiO2的XRD譜圖，b譜線為SiO2負載Mo后的XRD譜圖，MoSiO2催化劑在2θ=23176。 參考文獻[1] 張立德，[M].北京:科學出版社, 2001.[2] 吳慶生,[J].化學世界,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. 納米材料科學與技術[M]. 杭州:浙江大學出版社, 2003.[5] 蔡亮珍，[J].現(xiàn)代塑料加工應用，2002, 14(6)。而在1639 cm1可以看到一個弱的OH彎曲振動產(chǎn)生的吸收帶。由于這個原因，反應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。 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。（1）多晶X射線衍射實驗（XRD）在北京普析MASAL XD3型X射線衍射儀上進行XRD測試，實驗參數(shù)為：Cu Kα輻射，管壓36KV，管流20mA，帶石墨單色器，連續(xù)掃描，掃描速度4176。如選用SiCl4作母體原料，會引入大量的Cl離子，去除大量的Cl離子同樣比較麻煩。改性后的納米二氧化硅表面經(jīng)基數(shù)減少了,從而減少了納米二氧化硅與橡膠分子之間的氫鍵結(jié)合,防止了結(jié)構(gòu)化效應的發(fā)生。如何清玉等[17]將沉淀過程置于超重力反應器中,利用比地球重力大數(shù)百倍至千倍的超重力環(huán)境,強化微觀混合和傳質(zhì)過程,可使反應時間大大縮短,使制得的產(chǎn)品粒徑小、粒度分布窄。霍玉秋等研究了正硅酸乙酯在堿的催化下與水反應，通過水解聚合制備納米二氧化硅。但是由于其成本高、產(chǎn)品的有機成份難以去除且易造成環(huán)境污染,而尚未在工業(yè)上廣泛應用。 干法制備納米二氧化硅干法生產(chǎn)工藝的原料一般采用有機鹵硅烷、氧(或空氣)和氫，在高溫下反應制備納米二氧化硅。 納米二氧化硅的性能及應用 納米二氧化硅的性能 納米二氧化硅三維結(jié)構(gòu)納米二氧化硅為無定型白色粉末，是一種無毒、無味、無污染的非金屬材料，其微觀結(jié)構(gòu)近似球形,顆粒表面存在不飽和的殘鍵及不同鍵合狀態(tài)的羥基,其分子狀態(tài)是三維鏈狀結(jié)構(gòu)[4]。如何降低成本，使適合大規(guī)模生產(chǎn)等等。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載金屬鐵與負載金屬鉬。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、超重力反應法等濕法。我們亦可以尾礦為原料制備納米二氧化硅,達到變廢為寶的目的。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一步團聚,易實現(xiàn)粉體粒徑的可控性生產(chǎn)。在堿催化下, TEOS的水解較完全,易于形成球形粒子。 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器中，升溫至反應溫度后，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氣體進行反應，當pH值穩(wěn)定后停止進氣。在納米二氧化硅表面接枝疏水基團,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,減少粒子之間的團聚,增強納米二氧化硅與有機介質(zhì)的相溶性,可顯著改善納米二氧化硅的應用效果和擴大應用范圍。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?；谏鲜鲈?，本實驗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。對于一定的體系，影響反應動力學的外部條件是多方面的，水解聚合反應的條件是影響聚合物的結(jié)構(gòu)和尺寸的重要因素。因此，在水量不足的情況下，生成水解度最低的水解產(chǎn)物(OC2H5)3SiOH，然后聚合成(OC2H5)3SiOSi(OC2H5)3，如果水量繼續(xù)增加，可導致(OC2H5)3Si OSi(OC2H5)3進一步水解而得到鏈狀聚合物。實驗表明，當pH10，凝膠產(chǎn)生時間明顯過長。在實驗中，固定溶液pH=3，摩爾比Ethanol/TEOS=，取H2O/TEOS（摩爾比）分別為2，4，6，8，10，14，20時，得出當H2O/TEOS4時，凝膠化時間已明顯縮短；用水量進一步增大，凝膠化時間有變短的趨勢。在堿性條件下，OH離子使TEOS迅速發(fā)生水解反應，并產(chǎn)生硅酸沉淀。而在樣品中SiOSi 中化學鍵的振動向低波速方向移動，在1080 cm1的位產(chǎn)生一個很強的吸收帶，這也說明了Fe 的加入產(chǎn)生了一定的影響。從圖中可見，當H2O/TEOS4時，凝膠化時間已明顯縮短；用水量進一步增大，凝膠化時間有變短的趨勢。 乙醇用量對凝膠時間的影響乙醇的用量會影響到凝膠化時間，用量少凝膠化時間短，但是聚合效果不好，用量大，長時間不結(jié)膠，不利于實驗開展，所以適當?shù)囊掖剂坑欣趯嶒灥捻樌M行。在本章中SiO2氣凝膠制備方法研究中，采用溶膠凝膠法制備濕凝膠，選用稀硝酸作催化劑，并對成膠特性及影響因素進行研究。改性后的疏水納米二氧化硅還可以用來生產(chǎn)嚴格避水的光纖填充料[26]。對納米二氧化硅表面改性的機理是基于納米二氧化硅表面存在有羥基,相鄰羥基彼此以氫鍵結(jié)合,孤立的氫原子正電性強,易與負電性原子吸附,與含羥基化合物發(fā)生脫水縮合反應,與硅烷偶聯(lián)劑反應,與環(huán)氧化合物發(fā)生酯化反應等。采用超重力法制備的納米二氧化硅粒子大小均勻，平均粒徑小于30 nm。所以,目前制備納米二氧化硅的研究主要為堿性催化,吸附性能更優(yōu)越的酸性納米二氧化硅的研究較少。為了能夠達到理想的效果,配制微乳液所選取的表面活性劑的HLB(親水親油平衡值)應該與