納米二氧化硅的制備與表征畢業(yè)論文-wenkub.com
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【正文】 參考文獻(xiàn)[1] 張立德，[M].北京:科學(xué)出版社, 2001.[2] 吳慶生,[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, 2003.[5] 蔡亮珍，[J].現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用，2002, 14(6)。當(dāng)pH10，凝膠產(chǎn)生時(shí)間明顯過(guò)長(zhǎng)。 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(duì)溶膠凝膠化時(shí)間的影響。 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(fù)載Mo后的XRD譜圖，MoSiO2催化劑在2θ=23176。而在1639 cm1可以看到一個(gè)弱的OH彎曲振動(dòng)產(chǎn)生的吸收帶。 Fe/SiO2催化劑的XRD譜圖 XRD spectra of 10% Fe content Fe/SiO2 catalyst (a) SiO2, (b)10%Fe/SiO2176。所以在堿性條件下，溶液往往會(huì)產(chǎn)生混濁，大量硅酸的沉淀以及SiO2 膠體顆粒的生成對(duì)溶膠網(wǎng)絡(luò)的形成很不利。實(shí)驗(yàn)確定TEOS : Ethanol : Water = 1:5:10。由于這個(gè)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(huì)對(duì)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。這是由于過(guò)量的水促進(jìn)了水解反應(yīng)速度。由于在水解反應(yīng)中，正硅酸乙酯Si(OC2H5)4中的一個(gè)OC2H5基團(tuán)被OH取代后，剩余的OC2H5基團(tuán)反應(yīng)活性低于開(kāi)始時(shí)被取代的那個(gè)OC2H5基團(tuán)。用摩爾比H2O/TEOS（水解度）表示加水的相對(duì)量。 溫度對(duì)凝膠時(shí)間的影響溫度對(duì)凝膠化時(shí)間的影響較大，選擇合適溫度顯得尤為重要。 乙醇用量對(duì)凝膠化時(shí)間的影響（pH=3,Ethanol/TEOS=5）Table The effect of Ethanol/TEOS to gel time（pH=3,Ethanol/TEOS=5）樣品號(hào)Ethanol/TEOS（摩爾比）凝膠化時(shí)間(h)A1215A2420A3523A4630A5850A616300可見(jiàn)在其他條件不變的情況下，乙醇用量的增大會(huì)引起凝膠化時(shí)間變長(zhǎng)。 第3章 結(jié)果與討論 各種因素對(duì)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(guò)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(duì)同時(shí)進(jìn)行的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)。掃描參數(shù)為：掃描次數(shù)32；掃描范圍350~7800 cm1；分辨率： cm1 。（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(cè)試，實(shí)驗(yàn)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。 溶膠凝膠法制備SiO2負(fù)載金屬（Fe、Mo）催化劑性能的研究表征稱取一定量的金屬鹽（AR）溶于15ml去離子水中， mol/L檸檬酸18ml調(diào)節(jié)pH值在2~3之間；分別量取21 ml正硅酸乙酯和22 ml無(wú)水乙醇，制成正硅酸乙酯的醇溶液。比較復(fù)雜的是第二種情況，即醇鹽溶解在與其自身有不同烷基的醇中，這將發(fā)生所謂的醇交換反應(yīng)或稱醇溶解反應(yīng)：M(OR)n + xROH → M(OR)nx(OR,)x + xROH （21）醇解反應(yīng)在醇鹽合成和溶膠凝膠法中調(diào)整醇鹽原料的溶解性、水解速率等方面有其廣泛的應(yīng)用。在TMOS和TEOS兩種醇鹽中，它們水解有相應(yīng)的醇生成，由于甲醇有毒，因此，SiO2氣凝膠的制備一般選用TEOS。如選用SiCl4作母體原料，會(huì)引入大量的Cl離子，去除大量的Cl離子同樣比較麻煩。第2章 實(shí)驗(yàn)部分 實(shí)驗(yàn)材料與方法 實(shí)驗(yàn)儀器與藥品 實(shí)驗(yàn)所用儀器儀器名稱生產(chǎn)廠家超聲波清洗槽天津先權(quán)儀器有限公司電熱鼓風(fēng)干燥箱天津市華北實(shí)驗(yàn)儀器有限公司恒溫水浴鍋上海試驗(yàn)儀器廠有限公司JB50強(qiáng)力電動(dòng)攪拌機(jī)上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司MASAL XD3型X射線衍射儀北京普析DTG60型差熱分析儀美國(guó)SpectrumRX紅外光譜儀上海迅能電熱設(shè)備有限公司焙燒爐杭州科曉化工儀器設(shè)備有限公司 實(shí)驗(yàn)所用藥品試劑分子量濃度%生產(chǎn)廠家級(jí)別聚乙二醇4003809598開(kāi)封開(kāi)化AR正硅酸乙酯208—天津大茂AR氨水3530天津申泰AR稀硝酸63天津天醫(yī)AR去離子水18——AR無(wú)水乙醇464開(kāi)封開(kāi)化AR鹽酸3638天津大茂AR硝酸鐵280—天津福晨AR鉬酸銨—天津科密歐AR 實(shí)驗(yàn)方法以乙醇為溶劑，將正硅酸乙酯（TEOS）與去離子水均勻混合，然后調(diào)節(jié)pH值，使之發(fā)生水解反應(yīng)，形成溶膠。改性納米二氧化硅用作墨粉添加劑時(shí),可以提高墨粉電量、流動(dòng)性,更因其良好的疏水性使墨粉抗潮濕性能顯著增強(qiáng)[24]。 塑料制品添加劑納米二氧化硅改性產(chǎn)品可以作為補(bǔ)強(qiáng)添加劑添加到塑料中,以提高塑料的形貌和物理化學(xué)性能例如,在環(huán)氧樹(shù)脂塑料中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的未改性氣相法納米二氧化硅,材料的抗沖擊強(qiáng)度提高40%,拉伸強(qiáng)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(qiáng)度可提高124%,拉伸強(qiáng)度提高30% 。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(yīng)的發(fā)生。通過(guò)一定的改性工藝消除或減少表面硅羥基數(shù)量,使納米二氧化硅既親水又親油或完全疏水。例如在橡膠硫化系統(tǒng)中,未改性的納米二氧化硅不能很好地在聚合物中分散,填料與聚合物之間很難形成偶聯(lián)鍵,從而降低了硫化效率和補(bǔ)強(qiáng)性能。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(qiáng)的活性，是生產(chǎn)白炭黑的優(yōu)質(zhì)原料。如何清玉等[17]將沉淀過(guò)程置于超重力反應(yīng)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(qiáng)化微觀混合和傳質(zhì)過(guò)程,可使反應(yīng)時(shí)間大大縮短,使制得的產(chǎn)品粒徑小、粒度分布窄。傳質(zhì)過(guò)程和微觀混合過(guò)程得到了極大的強(qiáng)化，大大縮短了反應(yīng)時(shí)間。同時(shí),如何改變工藝控制(如水解環(huán)境、干燥方式及熱處理途徑等)以縮短生產(chǎn)周期仍是一個(gè)有待解決的難題。此方法利用乙酸和醇的酯化反應(yīng)防止TEOS在乙酸存在下的線性縮合,使縮聚以多維的方式進(jìn)行,從而制備了單分散的酸性納米二氧化硅粉體?；粲袂锏妊芯苛苏杷嵋阴ピ趬A的催化下與水反應(yīng)，通過(guò)水解聚合制備納米二氧化硅。張立德[13]等采用硅酸脂加無(wú)水乙醇、鹽酸、去離子水，在酸性環(huán)境下加入 1ml 十六烷胺，生成SiO2凝膠。TEOS的水解過(guò)程根據(jù)催化劑的不同可分成酸催化和堿催化,兩者的催化水解過(guò)程有一定的區(qū)別。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 。但是由于其成本高、產(chǎn)品的有機(jī)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(yīng)用。此外,助表面活性劑和油相也起著十分重要的作用,油的碳原子數(shù)加上助表面活性劑的碳原子數(shù)等于表面活性劑的碳原子數(shù)是微乳液形成的最佳條件[10]。 微乳液法制備納米二氧化硅微乳液通常由表面活性劑、助表面活性劑、油、水組成,劑量小的溶劑被包裹在劑量大的溶劑中形成一個(gè)個(gè)納米級(jí)的、表面由表面活性劑組成的微泡。鹵硅烷利用燃燒生成的水以及產(chǎn)生的熱量進(jìn)行高溫水解縮合反應(yīng)。 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(jī)鹵硅烷、氧(或空氣)和氫，在高溫下反應(yīng)制備納米二氧化硅。干法包括氣相法和電弧法，濕法有沉淀法、溶膠凝膠法、微乳液法、超重力反應(yīng)法等。部分研究者為了實(shí)現(xiàn)資源的回收利用,利用煤酐石、稻殼等廢棄物為原料,成功制備了納米
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