硅溶胶凝胶化过程的研究
二氧化硅气凝胶的研究现状与应用(综述)
学 年 论 文题目： SiO 2气凝胶的研究现状与应用学 生： 房斯曼学 号： 200902010204院 （系）：材料科学与工程学院专 业： 材 料 化 学指导教师： 李 翠 艳2012年 6 月 1 日SiO2气凝胶的研究现状与应用材化092 班###指导老师：李##(陕西科技大学材料科学与工程学院陕西西安710021）摘要:本文从二氧化硅的研究历史和现状出发，从制备方法、干燥工艺、性能与应用领域等方面综述了二氧化硅气凝胶的研究进展，并对二氧化硅气凝胶的发展前景进行了展望。
关键词:二氧化硅气凝胶，制备，干燥，应用Current Research and Applications of SilicaAbstract: The article reviewed the latest development and the history of the research of silica aerogel, summarized the progress of the silica aerogel research in the aspects of preparation methods, drying technologies, properties and current application. And the article also looks forward to the development prospect of silica aerogel.Keywords: silica aerogel, preparation, drying, application0 前言二氧化硅气凝胶是在保持胶体骨架结构完整的情况下，将胶体内溶剂干燥后的产物,它问世于1931年，美国科学家首先由斯坦福大学的S．S．Kistler制得了二氧化硅气凝胶。
1966年J．B．Peri利用硅酯经一步溶胶—凝胶法制备出氧化硅气凝胶，从而使材料的密度更低，进一步推动了气凝胶研究的进展。
硅溶胶的鉴定方法-概述说明以及解释
硅溶胶的鉴定方法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述硅溶胶是一种由二氧化硅（SiO2）颗粒所组成的多孔材料。
它具有高表面积、大孔径和良好的化学稳定性等特点，因此在吸附、催化、分离等领域具有广泛的应用前景。
本文的主要目的是介绍硅溶胶的鉴定方法。
通过对硅溶胶的鉴定，我们可以了解其粒径分布、比表面积、孔径大小和孔结构等信息，从而更好地掌握硅溶胶的性质和应用特点。
文章将分为三个部分进行介绍。
首先，我们将概述硅溶胶的定义和特点，包括其制备方法、物理性质和化学性质等方面的内容；其次，我们将介绍硅溶胶的制备方法，包括溶胶-凝胶法、水热法、超临界干燥法等常用的制备方法，并对每种方法的优缺点进行讨论；最后，我们将重点介绍硅溶胶的鉴定方法，包括比表面积测定、孔径分布测定、孔结构表征等常用的鉴定方法，并对每种方法的原理和适用范围进行详细的分析。
硅溶胶的鉴定方法具有重要的意义。
通过准确、可靠的鉴定方法，我们可以了解硅溶胶的基本特性，为其在材料科学、环境工程、能源领域等的应用提供科学依据和技术支持。
同时，了解硅溶胶的鉴定方法的发展趋势，可以为今后的研究提供指导和方向，促进硅溶胶研究领域的进一步发展。
在接下来的章节中，我们将详细介绍硅溶胶的制备方法和鉴定方法，并对其应用前景和发展方向进行探讨。
希望通过本文的介绍，读者能够更全面地了解硅溶胶及其在科学研究和工程技术中的重要性。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将从以下几个方面对硅溶胶的鉴定方法进行详细介绍和讨论。
首先，我们将在引言部分对硅溶胶的概述进行阐述，包括其定义、特点以及制备方法。
在正文部分，我们将深入探讨硅溶胶的物理和化学性质，以帮助读者更好地理解硅溶胶的特点和鉴定方法的必要性。
接下来，我们将进一步强调硅溶胶鉴定方法的重要性，包括其在科学研究和工业应用中的应用。
通过对常用的硅溶胶鉴定方法的介绍和比较分析，我们将为读者提供一种选择适合自己研究领域和实际需求的方法的指导。
硅溶胶凝胶化过程的研究
硅溶胶凝胶化过程的研究硅溶胶凝胶化过程的研究是材料科学领域中的一个热门课题，对于深入认识硅溶胶凝胶化机理及其结构性质具有重要意义。
下面从凝胶化原理、控制因素和技术手段等方面对其进行详细介绍。
一、凝胶化原理硅溶胶凝胶化是指通过改变硅酸盐溶液pH值、离子强度等条件，使硅酸根离子逐渐缩合成为长链状聚合物，并形成三维空间网络结构的过程。
整个过程中主要包括以下几个步骤：1. 硅酸根离子的缩合反应：在碱性环境中，硅酸根离子会缩合成为多元酸根离子，同时释放出H2O。
2. 聚合物的形成：多元酸根离子进一步聚合形成聚合物，这个过程也被称为胶束形成。
3. 凝胶化：在聚合物的互相交联作用下，形成聚合物的三维立体网络结构，当聚合物形成空心结构时，就形成了硅溶胶凝胶。
二、控制因素硅溶胶凝胶化过程中，有许多因素会影响凝胶化反应的速度和结构性质，其中比较重要的包括以下几个方面：1. pH值：硅酸盐凝胶化反应的最适pH值一般在7-11之间，过低或过高都不利于凝胶化反应进展。
2. 温度：温度对硅溶胶凝胶化反应速度和凝胶化的结构性质有很大影响，较高的温度可促进反应速度，但也容易导致凝胶的失水和收缩。
3. 溶液离子强度：硅酸盐溶液中离子的浓度和种类对凝胶化反应的进展和凝胶的形成也有很大影响，特别是锂、钠、钾等离子能够促进凝胶形成。
4. 添加剂：可以通过添加一些助剂来调节凝胶化反应过程，如增加乙二醇的含量、添加表面活性剂、聚合物等。
三、技术手段为了更好地掌握硅溶胶凝胶化的过程和机理，科学家们采用了许多现代技术手段，如：1. 透射电子显微镜（TEM）：可以利用其高分辨率特性来研究硅溶胶的形态、结构和孔径尺寸等。
2. X射线衍射（XRD）：可以通过衍射强度来确定硅溶胶的晶体结构和残余结构等。
3. 红外光谱（FTIR）：可以通过分析峰值位置和峰形等对硅溶胶的结构和功能进行定量分析。
4. 激光共振散射（LRS）：可以利用颗粒的运动学行为、颗粒的大小、熔点和相互作用力等来研究硅溶胶微观结构和物理性质等。
硅溶胶凝胶化过程的研究
硅溶胶凝胶化过程的研究引言：硅溶胶凝胶化是一种重要的化学反应过程，在材料科学、纳米技术和生物医学领域中具有广泛的应用。
通过研究硅溶胶凝胶化过程，可以深入了解凝胶形成的机制，优化凝胶的性质，并开发出更多具有特殊功能的凝胶材料。
本文将对硅溶胶凝胶化过程的研究进行探讨，以期为相关领域的科研工作者提供参考和启示。
一、硅溶胶凝胶化的基本原理硅溶胶凝胶化是指将硅溶胶逐渐转化为凝胶的过程。
硅溶胶是一种胶体溶液，主要由二氧化硅（SiO2）颗粒和溶剂组成。
凝胶是一种三维网络结构的材料，具有高比表面积和孔隙结构。
硅溶胶凝胶化的基本原理是溶胶中的硅颗粒逐渐聚集形成连续的网络结构，最终形成凝胶。
二、硅溶胶凝胶化的影响因素硅溶胶凝胶化过程受多种因素的影响，包括溶液浓度、pH值、温度、溶剂性质等。
这些因素会影响硅颗粒的聚集速率和凝胶的结构特征。
例如，溶液浓度的增加会加快硅颗粒的聚集速率，使凝胶形成更快。
而pH值的变化则会影响硅颗粒的带电性质，进而影响凝胶的电荷分布和孔隙结构。
此外，温度和溶剂性质也会对凝胶的形成过程产生重要影响。
三、硅溶胶凝胶化的研究方法为了深入研究硅溶胶凝胶化过程，科研工作者采用了多种实验方法和表征手段。
其中，动态光散射、透射电子显微镜和氮气吸附等技术被广泛应用于凝胶的形貌、结构和孔隙特性的表征。
此外，X射线衍射、核磁共振和红外光谱等技术也被应用于凝胶的晶体结构和化学成分的分析。
这些研究方法的应用使得科研工作者能够全面了解硅溶胶凝胶化的过程和机制。
四、硅溶胶凝胶化的应用硅溶胶凝胶化具有广泛的应用前景。
首先，硅溶胶凝胶可以用作催化剂的载体，通过调控凝胶的孔隙结构和表面性质，可以提高催化剂的活性和选择性。
其次，硅溶胶凝胶还可以用于制备纳米材料，通过控制凝胶的形貌和尺寸，可以制备出具有特殊功能和优异性能的纳米材料。
此外，硅溶胶凝胶还可以用于药物传递系统、生物传感器和能源储存等领域。
结论：硅溶胶凝胶化是一种重要的化学反应过程，对材料科学、纳米技术和生物医学等领域具有重要意义。
硅溶胶的制备及其影响因素
科技视界Science &Technology Vision科技视界0引言硅溶胶是二氧化硅的胶体粒子分散于水中或溶剂中的一种胶体溶液,又名硅酸溶液或二氧化硅水溶液[1]。
根据pH 值的不同硅溶胶分为酸性硅溶胶和碱性硅溶胶。
其基本成分为无定型的二氧化硅,分子式mSiO 2·nH 2O ,胶团结构如图1所示。
图1胶团结构示意图硅溶胶含有大量的水合胶体,这些胶体呈化学惰性,因此硅溶胶无臭、无味、无化学腐蚀;硅溶胶的胶团为纳米级别,具有较大的比表面积和吸附能力,使得硅溶胶具有较好的粘结性、亲水性和憎油性。
与此同时,硅溶胶还具有较好的分散性以及良好的透光性。
这一系列优异的性能使得硅溶胶得到人们的关注并广泛应用于涂料、粘结剂、耐火绝热材料、纺织、冶金精铸、制药等行业[2-4]。
1溶胶—凝胶法制备硅溶胶溶胶-凝胶法以金属醇盐或其化合物为原料,在酸性或碱性催化剂的作用下,进行水解缩聚反应,使溶液由溶胶变为凝胶。
其制备过程是醇盐的水解与聚合同时反应的物理化学过程。
实验室利用溶胶-凝胶法制备硅溶胶一般是以正硅酸乙酯(TEOS )为前驱体,乙醇为溶剂,酸或碱为催化剂,DMF(N-N —二甲基甲酰胺)为添加剂,去离子水,按一定比例混合,在一定温度下搅拌制得硅溶胶[5]。
正硅酸乙酯在不同的水解条件下进行水解和缩合,得到的产物有所不同。
完全水解时生成二氧化硅和乙醇,不完全水解的情况下则有中间产物存在[5-12]。
硅溶胶反应过程:(1)水解正硅酸乙酯(TEOS )在水中的水解反应如式(1)所示[14-16]:(C 2H 5O)3Si-O C 2H 5+H 2O →(C 2H 5O)3Si-OH+C 2H 5OH (1)根据催化剂的不同,水解反应又可分为亲电性取代和亲核性取代,当酸作催化剂时发生亲电性取代,水解速率与H +成正比,具体取代过程如下:在酸的催化条件下,H +首先进攻正硅酸乙酯分子中的一个OR 基团并使之质子化,造成电子云向该OR 集团偏移,使硅原子核的另一侧面空隙加大并呈亲电子性,因此,负电性较强的阴离子得以进攻硅离子,使TEOS 水解。
溶胶凝胶法制备超细二氧化硅的研究
2007年11月内蒙古大学学报(自然科学版)Nov.2007第38卷第6期Acta Scientiar um Naturalium U nivers itatis NeiM ongol Vol.38No.6 文章编号:1000-1638(2007)06-0707-05溶胶凝胶法制备超细二氧化硅的研究X李 阳,崔秀兰,郭俊文(内蒙古工业大学化工学院,呼和浩特010051)摘要:以N aSiO3・9H2O为原料、乙酸乙酯为潜伏酸试剂,并辅以超声波振荡,采用溶胶-凝胶2法制备了高比表面积超细SiO2粉体.考察了N a2SiO3浓度、酸试剂、表面活性剂、超声波等因素对SiO2粉体粒径的影响,并用T EM、BET、低温液氮吸附和XR D等分析手段对SiO2粉体颗粒进行了表征.结果表明,所制得的SiO2粉体呈无定形,粒径为40～60nm,比表面积可达400m2/g以上.关键词:溶胶凝胶法;二氧化硅;超细粉体;超声波中图分类号:T Q127.2 文献标识码:A 超细颗粒,通常泛指1～100nm〔1〕之间的微小固体颗粒.超细颗粒属于微观粒子与宏观物体交界的过渡区域,因此,具有一系列奇特的物理、化学特性,如量子尺寸效应、宏观量子遂道效应、小尺寸效应和表面效应等,这些效应为其应用奠定了宽广的基础〔2〕.超细SiO2粉体是一种轻质的纳米非晶固体材料〔3〕,因其具有比表面积大、密度小和分散性好等特性,已经引起人们的高度重视.超细SiO2粉体可用于橡胶、农药、造纸油墨、塑料加工等行业,也可用于微晶储存器、功能性基体材料等新型材料〔4～5〕.目前超细SiO2的制备方法可分为物理法和化学法两种〔6〕.与物理法相比较,化学法可制得纯净且粒径分布均匀的超细SiO2颗粒.化学法包括化学气相沉积法、离子交换法、沉淀法和溶胶-凝胶法等.溶胶-凝胶技术由于其自身独有的特点,成为当今最重要的制备SiO2材料的方法之一.该方法以四氯化硅〔7〕和硅醇盐〔8〕为原料,制备的超细二氧化硅粉末纯度高,性能优良,但制备成本高,使其工业应用受到限制.以可溶性硅酸盐为原料的溶胶-凝胶法〔9〕具有制备成本低的特点,是一种较有工业应用前景的方法.本文报道在超声场中,采用溶胶-凝胶法,以Na2SiO3・9H2O为原料,乙酸乙酯为潜伏酸试剂,表面活性剂作为分散剂,乙酸做为酸试剂制备超细SiO2粉体.1 实验部分1.1 原料与仪器Na2SiO3・9H2O和CH3COOH为分析纯;CH3COOCH2CH3,化学纯;分散剂PEG12000,化学纯.ASAP2010孔结构比表面积仪,美国Micromeritics公司;N4PLUS多角度超细颗粒分析仪,美国Beckm an Co ulter有限公司;Bruker D8X射线衍射仪,德国Br uker公司;DSC-60差式扫描量热仪,日本Shim adzu公司;2010Jem高分辨透射电镜,日本JEOL公司.1.2 制备方法在超级恒温水浴中,将温度控制在35℃左右,将一定浓度的Na2SiO3・9H2O和分散剂PEG12000X收稿日期:2006-03-01;修回日期:2006-12-07基金项目:国家自然科学基金项目(20366004)资助;内蒙古自然科学基金项目(200308020103)资助作者简介:李阳(1975～),男,河南镇平人,硕士研究生,主要从事纳米粉体的制备研究.通讯作者:崔秀兰(1958～),女,内蒙古呼和浩特人,教授.研究方向:精细化学品.E-mail:cuixl@溶液加入三口烧瓶中,然后在高速搅拌下加入乙酸乙酯.随着乙酸乙酯的水解,溶液中的硅酸盐发生聚合反应生成溶胶,并逐渐聚集转化成凝胶,然后用1∶5的乙酸溶液调节pH 值至6左右.继续搅拌1h,停止反应后在超声波中振荡10min,真空抽滤.并先后用去离子水、无水乙醇和丙酮洗涤,将洗涤后的凝胶在110℃进行干燥,再在800℃左右煅烧即得到白色疏松的SiO 2粉体.2 结果及讨论2.1 原料浓度的影响在合成过程中,沈钟〔1〕等认为硅酸含羟基多(还有水分子结合其中),结构复杂,分子极性较小,溶解度极微,故其凝结速度远大于定向速度,因而极易生成无定型结构的凝胶状沉淀.而硅酸凝胶是由硅酸聚合成硅溶胶,硅溶胶再经胶凝形成硅酸水凝胶.通过实验发现:在一定温度和pH 下,当Na 2SiO 3的浓度较小时,形成的硅酸溶胶较稀,硅溶胶胶凝慢,将有利于形成粗大的晶核.另外,可能由于硅溶胶胶凝不完全,体系中仍有大量的硅溶胶存在,致使硅溶胶中结合的水比较多,根据氢键和化学键作用理论〔10〕知,在后续的干燥过程中很容易硬团聚;在酸试剂足够量时,当Na 2SiO 3的浓度较大,形成的硅酸溶胶浓度大,胶凝速度快,则所成凝胶中的晶核细小.图1是在其它条件不变的情况下[即:在超声场中,制备温度为35℃,以1∶5乙酸为酸试剂调节pH=6.0,乙酸乙酯与N a 2SiO 3的物质的量比为0.65,PEG 的用量为2.0%(相对于Na 2SiO 3的质量百分数)],粒子平均直径随Na 2SiO 3浓度的变化情况.从图1中可以看出,Na 2SiO 3的浓度对产物粒度的影响较大,在Na 2SiO 3浓度大于0.33m ol /L 的时候,所得沉淀的平均粒径偏小.图2是凝胶经乙醇和丙酮洗涤后的产物干湿度随Na 2SiO 3浓度的变化情况.曲线表明当Na 2SiO 3浓度较低时,湿凝胶重量与干凝胶重量比偏高,而当C (Na 2SiO 3)>0.33mol/L 时曲线趋于平缓,比值变化不大.所以,当(Na 2SiO 3)>0.33mo l/L 时,所得SiO 2的前驱体粒径较小,分散性好,无硬团聚.图1 N a 2SiO 3浓度对粒径的影响Fig.1 T he effect o f concentr ation of N a 2SiO 3on the size of pow der 图2 湿凝胶与干凝胶重量比与Na 2SiO 3浓度的关系F ig.2 T he relation betw een co ncentr atio n o f N a 2SiO 3and rat io o f w et gel w eight to dry gel w eig ht 2.2 酸试剂的选择据文献〔11〕报道,酸试剂大多选用盐酸.但在实验中发现,选用盐酸会给实验后续步骤中带来杂质氯离子,如果洗涤不彻底将导致产品纯度不高;而且,盐酸是强酸,在滴加的过程中可能导致局部酸度过大,易使反应体系内微区浓度不均匀,在加料区域H +过饱和度很高,而其它地方过饱和度较低,这样就导致了成核的不均匀性〔12〕.在同样的操作条件下[即:在超声场中,制备温度为35℃,Na 2SiO 3浓度为0.33m ol/L,pH=6.0,乙酸乙酯与Na 2SiO 3的物质的量比为0.65,PEG 的用量为2.0%(相对于Na 2SiO 3的质量百分数),焙烧温度为700℃],不同酸试剂制得的SiO 2的平均粒度和比表面积见表1.2.3 表面活性剂的用量在SiO 2制备过程中,加入表面活性剂可以抑制硅酸凝胶的团聚.如加入量过少起不到有效分散708内蒙古大学学报(自然科学版)2007年的作用,如用量过多易增强溶液的粘度,导致分离困难,使沉淀不容易被洗净,同样起不到有效分散的作用.由图3看出表面活性剂PEG 的最佳用量为1.8～2.5%(相对于Na 2SiO 3的质量百分数).其它制备条件为:N a 2SiO 3浓度为0.33m ol/L,制备温度为35℃,以1∶5乙酸为酸试剂调节pH=6.0,乙酸乙酯与Na 2SiO 3的物质的量比为0.65,在超声波作用下,焙烧温度为700℃.表1 不同酸试剂对SiO 2的平均粒径和比表面积的影响Table 1 The eff ect of acid on the sizeand the specific surf ace area of SiO 2酸试剂1∶5盐酸1∶5乙酸平均粒径/nm115.550.7比表面/(m 2・g -1)310447图3 P EG 用量对粒径的影响F ig .3 T he effect of P EG o n t he size o f po w der2.4 超声波的影响液相中的颗粒在Bor wn 运动、Van der Waals 引力、搅拌力等作用下相互靠近碰撞而不断产生团聚.陈志刚〔13〕认为超声空化形成的大量空泡破灭时产生强大的冲击波,冲击波对团聚颗粒反复冲击,一方面破坏颗粒间的表面吸附,使团聚颗粒被剥离、脱落下来,另一方面也会引起氢键等化学结合力的断裂而使团聚颗粒相互脱离.此外,空化产生的气泡振动,还能对颗粒表面进行剥离,打散团聚.从图4和图5的电镜照片可以发现,经过超声波振荡的目的产品二氧化硅分散均匀,粒度偏小,平均在40～60nm 之间;而没有经过振荡的粒度偏大,平均在100～160nm 之间,且团聚较严重.图4、图5样品的其它制备条件为:Na 2SiO 3浓度为0.33mol/L,制备温度为35℃,以1∶5乙酸为酸试剂调节pH=6.0,乙酸乙酯与Na 2SiO 3的物质的量比为0.65,表面活性剂PEG 的用量为2.0%(相对于Na 2SiO 3的质量百分数),焙烧温度为700℃.图4 超声波中振荡分散的粉体T EM 形貌F ig .4 T EM photo gr aph of pow der prepared by ultr aso nic 图5 未在超声波中振荡分散的粉体T EM 形貌F ig .5 T EM photo gr aph o f pow der pr eparedult raso nic 2.5 二氧化硅的XRD 分析图6为X 射线粉末衍射图(其它制备条件同前述),样品为干凝胶在450℃、800℃和1150℃灼烧2h 的SiO 2粉末,两者在2H =22.8°、2H =22.59°、2H =21.52°和各出现了一个馒头峰,可知灼烧到1150℃,仍未达到SiO 2的晶体转变温度,表明该SiO 2粉末为非晶态无定形结构,且随着煅烧温度的升高,馒头峰的中心发生移动,2H 角减小,但总的变化趋势不大,仍为无定型.文献〔14〕中报道纳米SiO 2由709第6期李阳等 溶胶凝胶法制备超细二氧化硅的研究非晶态转变为晶态是在1230℃左右,而何宜柱〔15〕等人认为,500～950℃焙烧的试样,无衍射峰;大于1000℃焙烧的试样,有衍射峰存在,且脊峰比随焙烧温度升高而降低,即SiO 2逐步晶体化.图6 SiO 2粉末的XR DFig .6 X RD patter ns o f SiO 2pow der 图7 干凝胶的差热-热重曲F ig .7 D T A and T GA cur v es o f dr y g el2.6 差热-热重分析加入表面活性剂可以抑制硅酸凝胶的团聚,若要得到高纯的SiO 2粉体,须通过煅烧方法将表面活性剂除去,另外通过高温煅烧还可除去其它有机杂质(如乙酸乙酯、乙酸等).干凝胶的差热-热重曲线如图7所示,从DT A 曲线可见,58.44℃左右出现的小吸收峰是由干凝胶吸附的水分子蒸发而引起的(这与文献〔16〕中所报道的基本一致);390.20℃处的放热峰是表面活性剂氧化分解引起的.由TGA 曲线可见,从50℃左右开始,由于样品吸附的水分逐渐蒸发,样品开始失重;在300～460℃之间,表面活性剂与氧充分反应,样品失重速度明显加快,直至700℃以上重量才基本不变,且所得产品白度较高.因此,最佳煅烧温度在800℃左右(其它制备条件同前述).3 结 论3.1 以Na 2SiO 3・9H 2O 为原料、乙酸乙酯为潜伏酸试剂制得的纳米SiO 2粉体颗粒呈无定形,粒径为40～60nm ,且分散良好,比表面积大于400m 2/g.3.2 Na 2SiO 3浓度和表面活性剂用量对SiO 2颗粒粒度有较大的影响.较理想的反应条件为:Na 2SiO 3浓度>0.33mol/L,表面活性剂的用量为1.8～2.5%(相对于Na 2SiO 3的质量百分数).3.3 超声波振荡分散有利于防止超细颗粒的团聚,实验表明超声波对凝胶聚集体具有良好的分散效果.参考文献:[1] 沈钟,赵振国,王国庭.胶体与表面化学(第3版)[M ].北京:化学工业出版社,2004.38～142.[2] 瞿其曙,何友昭,淦五二,等.超细二氧化硅的制备及研究进展[J].硅酸盐通报,2000,(5):57～63.[3] 沈军,王珏,甘礼华,等.溶胶-凝胶法制备SiO 2气凝胶及其特性研究[J ].无机材料学报,1995,10(1):69～75.[4] Zho u Q F,Z hang Q Q ,Zhang J X ,et al.Pr epar ation a nd optical pr operties o f T iO 2nano-cr ysta lline par ticlesdispersed in SiO 2nano -com po sites [J ].M ater ials L etter s ,1997,31:39～423.[5] 鲍希茂,宋海智.硅基发光材料研究进展[J].材料研究学报,1997,11(6):601～611.[6] 周产力,寇战峰,刘钧.超细二氧化硅的制备及应用[J].无机盐工业,2001,33(4):22～24.[7] W agner E ,Br nner H .Aer o sil ,herstellung ,eigenschaften und V er halt en in o rg anischen F l ssig keiten [J ].A ng ew Chem ,1960,72(1920):744～750.[8] 余家国,张联盟,童兵,等.So l -gel 工艺制备二氧化硅超微细粉及其机理的研究[J ].硅酸盐通报,1992,(3):43～48.[9] T it ulaer M K ,Jansen J B H ,G eus J W .T he pr epa ration and Char acterizat ion of sol -g el silica spher es [J ].J N on 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sion too.The effects o f the co ncentratio n of Na 2SiO 3,the acid reagent,the amount of PEG and ultrasonic on the size o f ultrafine SiO 2 have been studied .T he silica pow der w ith particle diameter in the range of 40～60nm and thespecific surface areas above 400m 2/g have been obtained .The silica pow der is char acterized byTEM ,BET ,N 2adsor ption iso therm and XRD .The XRD indicates the silica pow der is amo rphous .Key words :sol-g el method;silica;ultrafine po w der;ultrasonic 711第6期李阳等 溶胶凝胶法制备超细二氧化硅的研究。
关于纳米硅溶胶的研究与论述
关于“纳米硅溶胶”的研究与论述巫庭生前言：百年以前，法国普兰特先生发明了硫酸电池，大大方便了世界工业革命。
可是，百年来，地球受到硫酸电池造成的环境污染也让人类很伤脑筋。
七十年代初，我在军工七五五厂，被厂里派往西北各导弹基地及矿山巡查，了解用我厂制造的碱性电池的使用情况。
在矿山，发现矿工的衣服经常被硫酸电池溢出的酸液烧焦衣服，甚至有的矿工后屁股被烧伤。
当时，出于一种无产阶级感情的激发，脑子立即萌生出一种要解决硫酸固化的念头……通过十几年的艰辛研制，终于在九二年三月四日国家科委成果办在北京隆重发布，推广发明产品LN型—“硫酸凝固剂”。
国际命名为“硅溶胶”，由于此新材料达到1—100纳米的技术范围，我们故命名为“纳米硅溶胶”。
“纳米硅溶胶”的诞生，给电池制作的厂家生产系列胶体电池提供了最佳电解质，也给硫酸电池带来了更新换代的必然，同时，也解决了百年来地球村受硫酸电池严重污染的痛苦。
用“纳米硅溶胶”制造出的胶体电池具有如下八大优点：（一）寿命长：由于胶体电池电解质属高分子结构，凝胶以后，酸液上下均匀，不易产生极板硫酸化，铅粉也不易脱落，因此，寿命比普通铅酸电池延长一倍以上。
（二）胶体电池属环保电池，其特点是充电时不易产生酸雾，不溢酸，不漏酸，不污染环境。
（三）胶体电池可以充电保存（自放电极微小），电池在库内存放二年装车即可启动，同时入库存二年后还可以100%充进电。
（四）高低温性能好，低温-40℃至高温80℃内仍能正常使用，低温-20℃电池容量仍有80%以上。
（五）可高倍率放电，大电流充放电，快速充电，同时。
胶体电池可以断路27天不损害，普通铅酸电池断路二小时即报废。
（六）胶体电池充电接受能力比普通铅酸电池快50%，最符合太阳能电池充电储存。
（七）胶体电池容量不易衰减，（其峰值比普通铅酸电池长3 倍），电动摩托车行驶8个月后，电池充电后还能保持100%充足电。
（八）防震性能好，由于胶体电池内的凝胶粘结住正负极板和隔板，使铅粉不易脱落，因此电池寿命肯定比普通铅酸电池好。
硅溶胶项目可行性研究报告
硅溶胶项目可行性研究报告一、项目概述硅溶胶是一种由二氧化硅结构所组成的纳米粒子体系，在众多领域中有着广泛的应用前景。
本项目将通过生产和销售硅溶胶，满足市场需求，实现经济效益和社会效益的双赢。
二、市场分析1.市场规模：随着科技的不断发展，硅溶胶在先进材料、医疗器械、生物科技等领域的应用越来越广泛。
据市场研究报告显示，全球硅溶胶市场规模预计将在未来几年内保持稳定增长。
2.竞争分析：目前，国内硅溶胶市场的竞争相对激烈，主要由少数大型企业垄断，但市场份额较小的小企业也有机会通过技术创新和市场定位找到自己的市场空间。
3.市场需求：硅溶胶的应用前景广阔，各个领域对于硅溶胶的需求不断增加，且从环保、安全等角度出发，硅溶胶具有无毒、无污染、可再生等优点，与当前社会的发展需求高度契合。
三、技术可行性分析1.生产工艺：硅溶胶的制备工艺相对成熟，主要包括溶胶-凝胶法、超临界干燥法、溶胶微乳浊液法等。
根据项目规模和投资能力，可以选择适合的生产工艺。
2.技术难点：硅溶胶的制备过程中，如何控制粒径和分散性是一个关键问题。
需要在生产过程中进行严格的控制和测试，确保产品质量的稳定性和一致性。
四、财务可行性分析1.初始投资：硅溶胶项目的初始投资主要包括生产设备购置、场地租赁、人员培训等方面的费用，初步估计约为100万元。
2.成本分析：硅溶胶的生产成本主要包括原材料成本、人力成本、设备折旧等。
根据市场调研和潜在的合作伙伴洽谈，初步估计单个产品的成本约为每公斤1000元。
3.收益预测：根据市场需求和项目实际情况，预测产品销售额为每年200万元，预计生产销售周期为5年。
计算预期收益之后，通过财务报表分析，初步得出项目的投资回报周期约为3年。
五、风险分析1.市场风险：硅溶胶市场竞争激烈，市场份额较小的小企业需面对来自大型企业的竞争压力。
2.技术风险：硅溶胶的制备工艺较为复杂，需要严格的控制和测试来保证产品质量，技术难度相对较高。
3.经营风险：经营风险包括原材料供应不稳定、市场需求变化导致产品销售困难等因素。
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硅溶胶凝胶化过程的研究
摘要：溶胶—凝胶技术是一门新兴技术，通过对溶胶凝胶化过程的控制，可获得所需制备工艺的最佳条件。
研究表明：硅溶胶的粘度、ζ电位及凝胶化过程都与其酸碱度有密切的关系，凝胶化过程发生在pH为4～7之间。
关键词：硅溶胶、凝胶化、制备
自20世纪80年代以来，溶胶凝胶技术在薄膜、超细粉体、复合功能材料、纤维及高熔点玻璃的制备等方面展示了广阔的应用前景。
溶胶凝胶过程的应用价值在于它具有纯度高、均匀、处理温度低、反应条件易于控制等优点。
硅溶胶是无定型SiO2粒子在水中的分散体系，根据pH值大小可分为酸性及碱性硅溶胶。
由于硅溶胶中的SiO2粒子具有较大的表面活性，经过表面改性又能与有机聚合物混溶，因此被应用于有机及无机材料的粘接剂。
硅溶胶能赋予陶瓷材料以凝聚结合，这种凝聚结合相具有沸石类矿物的基本特征，即它的失水温度范围宽，失水不仅不破坏结合强度，还会使三维结构更加稳定，而使强度上升。
硅溶胶的性质比较复杂，SiO2的浓度、粒子大小、比表面积、体系的分散度、温度、熟化程度及体系中的微量组分的性质等因素都会影响硅溶胶的性能。
硅溶胶的凝胶动力学可以人为控制，从而可以提供可靠的凝胶化工艺。
另外，溶胶凝胶化工艺几乎不带入有害杂质，对于制备特殊用途的材料是非常有利的。
所以近几年来硅溶胶在材料科学中被广泛应用。
但是国内对硅溶胶的结合机理的研究还不够系统深入，将来仍需系统、定量研究硅溶胶的凝胶动力学。
1．试验
1.1．原料
江苏某地产硅溶胶，SiO2质量分数为25％；Na2O浓度小于或等于78×10-6，pH为4.0，ρ为1.16g/cm3；化学试剂：HAc，NH4OH，蒸馏水等。
分析仪器：比重计；毛细管乌氏粘度计；Sizer4 Zeta电位仪；PHSW一3D酸度计等。
1.2．试验方法
用比重计测定硅溶胶的密度；用PHSW一3D酸度计测定硅溶胶的pH值；用Sizer4 Zeta 电位仪测定硅溶胶各pH值下的ζ电位；用毛细管乌氏粘度计测定硅溶胶各pH值下的粘度，硅溶胶的粘度用以下公式计算。
ρ1为硅溶胶的密度（g/cm3）；ρh为测定温度下水的密度（g/cm3）；η1为硅溶胶的粘度（Pa·s）；ηh为测定条件下水的粘度（Pa·s）；t1为硅溶胶流出毛细管乌氏粘度计所需的时间（s）；th为测定条件下水流出毛细管乌氏粘度计所需的时间（s）。
用连续滴定观察的方法，测定pH值对硅溶胶凝胶化过程的影响。
2．结果与讨论
2.1．硅溶胶粘度与pH值的关系
图1是硅溶胶粘度与pH值的关系图。
从图中可以看出，随着pH值的变化，在pH为4和pH为7两处粘度出现低谷，pH在4～7区域内，体系的粘度急剧增大，体系形成胶团状物，实验发现，pH为5.2时，25％（质量分数）硅溶胶具有良好的触变性，这种触变性正是硅溶胶凝胶化利用的基础。
由于硅溶胶中SiO2颗粒表面带有若干羟基，硅溶胶静置时，SiO2颗粒间通过这些羟基形成氢键，在体系中形成空间立体三维网状结构，此时体系的粘度急剧上升。
当体系受到剪切后，破坏了SiO2颗粒间的氢键，体系的三维网状结构解体，表观粘度下降，又恢复原来的状态，此即硅溶胶触变行为的微观机理。
2.2．硅溶胶ζ电位与pH的关系
根据双电层理论，在硅溶胶中，SiO2颗粒会从周围的溶液中有选择地吸附离子，使SiO2颗粒表面带电荷。
颗粒表面附近的滑动面和硅溶胶主体的电势差可用ζ电位仪测定。
从图2可以看出，硅溶胶的等电点在pH为2时，颗粒的ζ电位为零，此时胶体的稳定性较差，粒子易团聚形成大颗粒而沉降。
在等电点附近，电位因吸附离子符号不同而发生符号的变化。
SiO2颗粒表面吸附的离子越多，粒子之间的相互作用越强，体系的稳定性越好。
当硅溶胶酸性较强时，其稳定性也较好。
在pH值低于1的酸性条件下硅溶胶的制备、研究和应用多受到很大的限制。
并且此时的电位绝对值太低，难以形成稳定的体系。
当体系的碱性较强时，体系的ζ电位绝对值较大，体系稳定性较高。
因为硅溶胶中的OH一离子会与SiO2颗粒表面的羟基反应，使颗粒表面带负电，减少了颗粒间形成氢键的机会，使体系的ζ电位有所提高；而颗粒间的静电斥力也使胶粒间的距离增大，阻止颗粒间的羟基形成，提高了体系的稳
定性。
在pH值大于l0时，ζ电位为一50mV，体系有足够的稳定性，pH值太高，SiO2会生成硅酸盐，不利于实际应用。
2.3．pH值对硅溶胶的凝胶过程的影响
1861年由Graham制成的硅溶胶是具有胶体特性、其质点近似球形、带负电的憎液溶胶。
ζ电位、布朗运动及足够的溶剂阻隔3大因素赋予了其聚结稳定性和动力学稳定性。
然而，胶体终为一介稳相，始终存在自发聚结倾向。
3大稳定因素只要有一种被削弱，硅溶胶就会自动聚结，产生凝聚。
凝聚是聚沉中的一种特殊形式，是一种不完全的聚沉。
当发生凝胶时体系失去了聚结稳定性，但宏观上胶粒均匀分布于三维空间，此时硅溶胶胶粒依靠硅氧烷形成的化学键（Si—O—Si）相结合，连成极稳定的空间网络结构。
图3所示的是pH值对凝胶时间的影响，改变溶液的pH值，实际上就是改变溶液中的溶剂化氢离子HO-的浓度。
pH值下降，部分反号离子H+进入胶粒的扩散层，对其起到了压缩作用，胶粒的双电层厚度和反映ζ电位大小的电势ψ都在减小。
当pH小于7时，ζ电位进入临界值，即被压缩进Stern层以内的反号离子几乎要中和胶粒的电位，溶胶失去了稳定性开始聚沉。
随着pH值继续降低聚沉反应速度在加快直到降到最低点——零值，此时Stern层内的电性已完全被饱和，胶粒的双电层消失，具有一定表面张力的液化膜成了胶粒极弱保护的主要稳定因素。
当pH值进一步降低时，由于硅溶胶粒子对H+具有吸附能，而使过量的H 被压缩到Stern 层内，这时Stern层的表面电势与胶核的表面电势的符号相反，即体系已变成带正电性的憎液溶胶。
由于静电作用，Stern层外的扩散层再吸附了一层OH一离子——胶粒重又有了双电层结构，但因其毛电位仍未跃出临界值，体系不可能有真正的稳定，只是随pH值下降，ζ电位升高，凝胶反应速度变慢。
当pH小于4时，胶粒表面吸附了足够的H+，ζ电位出了临界值，体系重又有了稳定性。
3．结论
（1）硅溶胶的粘度与pH值有关，pH在4～7之间体系易形成凝胶。
（2）硅溶胶的等电点在pH为2时，颗粒的ζ电位为零，此时胶体的稳定性较差，粒子易团聚形成大颗粒而沉降。
在等电点附近，ζ电位因吸附离子符号不同而发生符号的变化。