SiO2-Al2O3气凝胶的制备及性能研究

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传统保温隔热建筑材料,因其高孔隙率,具有易吸湿、耐热性差等缺陷,影响其使用性能。气凝胶作为新型非晶态轻质多孔材料,具有较好的保温隔热性和耐热性,表面修饰后具有超疏水性,是很好的保温隔热材料。但是,现有制备气凝胶的原材料选材范围小、成本高,未在建筑行业中广泛应用。因此,扩大气凝胶制备的选材范围、降低生产成本,将对建筑保温隔热有重要意义。本文研究了以高岭土为原材料,通过溶胶-凝胶及常压干燥工艺,分别采用“两步法”和“一步法”制备超疏水保温隔热SiO2-Al2O3气凝胶;并对其制备工艺和性能进行分析研究。论文主要研究工作内容和结论包括:(1)通过实验研究,提出了高岭土制备气凝胶的最佳工艺流程和参数,确定了高岭土和Na2CO3烧结反应的最佳反应温度、时间及两者的最优质量比,建立了煅烧、酸溶、陈化、溶剂交换、分散、表面改性和干燥制度,制备得到了粒径均一、密度极小、具有较大比表面积及孔体积且性质稳定的气凝胶粉体颗粒,并对气凝胶的微观结构进行了表征分析。结果表明,高岭土可以作为优质低成本原材料,用于制备SiO2-Al2O3气凝胶。(2)提出了以高岭土为硅源、AlCl3·6H2O为铝源采用“两步法”制备复合SiO2-Al2O3气凝胶的技术方法,研究了盐酸浓度、原材料配比等因素对气凝胶技术性质的影响规律,确定了最优盐酸浓度和Al溶胶用量参数。(3)提出了以高岭土作为硅-铝源,“一步法”制备高岭土基SiO2-Al2O3气凝胶的技术方案,并实验论证了其可行性。所提出的“一步法”充分利用了高岭土中的活性硅质和铝质,所提出的制备SiO2-Al2O3气凝胶的方法可提高原材料利用率,简化制备工艺,降低制备成本。(4)研究了SiO2-Al2O3气凝胶的热稳定性,对不同温度处理后的气凝胶密度、超疏水特性、导热系数、体积稳定性进行了分析研究。研究结果表明,气凝胶的结构和物理性能受处理温度影响较大,当处理温度低于300℃时,环境温度增加可减小气凝胶的密度、提高其保温隔热性能,且都具有超疏水性。因此,经300℃处理过的SiO2-Al2O3气凝胶,在保持超疏水性的同时,具有最低的密度、导热系数、热扩散系数,且体积稳定性良好。
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