【摘 要】
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气凝胶具有突出的物理、热、光学、声学和吸附性能,因此被视作是非常有前途的材料。气凝胶的制备工艺主要分为两个部分,分别是溶胶-凝胶过程和干燥过程。其中气凝胶的干燥工艺复杂,以最成熟的二氧化硅气凝胶为例,其干燥技术主要包括超临界流体干燥、冷冻干燥、常压干燥、减压干燥、真空干燥等技术。这些都是以物理变化为基础的被动干燥技术,干燥时间长,能耗大,甚至设备昂贵,导致气凝胶的生产成本很高。本研究首次采用燃烧干
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气凝胶具有突出的物理、热、光学、声学和吸附性能,因此被视作是非常有前途的材料。气凝胶的制备工艺主要分为两个部分,分别是溶胶-凝胶过程和干燥过程。其中气凝胶的干燥工艺复杂,以最成熟的二氧化硅气凝胶为例,其干燥技术主要包括超临界流体干燥、冷冻干燥、常压干燥、减压干燥、真空干燥等技术。这些都是以物理变化为基础的被动干燥技术,干燥时间长,能耗大,甚至设备昂贵,导致气凝胶的生产成本很高。本研究首次采用燃烧干燥方法进行二氧化硅气凝胶和氧化铝-氧化硅复合气凝胶的制备,通过技术表征手段研究了反应过程和机制并开展了气凝胶的吸附应用研究,发现所制备得到的气凝胶材料具有较大的比表面积和良好的吸附性能,具有较好的应用前景。本论文主要研究了制备气凝胶新的干燥方法,并探索了气凝胶的吸附应用。主要结论如下:（1）以原硅酸四乙酯作为硅前驱体,分别采用一步溶胶-凝胶法和两步溶胶-凝胶法制备了二氧化硅醇凝胶,通过老化、溶剂置换以及表面改性等步骤,使用常压干燥法和燃烧干燥法制备得到轻质、高比表面积的二氧化硅气凝胶,并对其性能进行研究。实验结果显示:相比于常压干燥法,使用燃烧干燥法制备的二氧化硅气凝胶具有较低的密度（0.056g/cm~3）,较高的孔隙率（97.45%）,较高的比表面积（736m~2/g）,较高的孔容（3.35cm~3/g）,超疏水性（157.9°）以及较高的热稳定性（375.6℃）。（2）在二氧化硅溶胶中掺入氧化铝溶胶,采用溶胶-凝胶法制备了氧化铝-氧化硅复合醇凝胶,通过常压干燥法和燃烧干燥法分别制备了铝硅摩尔比从0.025:1到0.1:1的氧化铝-氧化硅复合气凝胶。实验结果显示:1)所有复合气凝胶样品均为无定型结构,无明显结晶现象;2)随着铝硅摩尔比从0.025:1提高至0.1:1,燃烧干燥法制备的复合气凝胶的密度从0.045g/cm~3提高至0.22g/cm~3,比表面积则呈现先上升后下降的趋势,平均孔径从13.4nm降至3.4nm,孔容从2.32cm~3/g降低至0.49cm~3/g,水接触角从152°降低至135°。（3）燃烧干燥法是一种基于燃烧反应的主动干燥模式,具有不需要复杂的温度和压力设备、不消耗额外能量、干燥效率高、自发连续等优点。（4）对气凝胶的吸附性能进行研究,发现二氧化硅气凝胶和硅铝复合气凝胶吸油率均高达自身质量的十倍,二氧化硅气凝胶和氧化铝-氧化硅复合气凝胶对亚甲基蓝溶液的吸附实验结果经过拟合后发现符合Langmuir方程的描述,其吸附机理的描述与准二级吸附动力学相一致。通过拟合直线的斜率确定了二氧化硅气凝胶对亚甲基蓝溶液的理论饱和吸附为86.96mg/g,氧化铝-氧化硅复合气凝胶对亚甲基蓝溶液的理论饱和吸附为89.29mg/g。
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