吳華敏 張秋華 陳文軍 吳斌 吳基俊(廣東埃力生高新科技有限公司,廣東 清遠 513000)

不同硅前驅(qū)體對制備SiO2氣凝膠透光率及比表面積的影響

吳華敏 張秋華 陳文軍 吳斌 吳基俊(廣東埃力生高新科技有限公司,廣東 清遠 513000)

采用正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、甲基三乙氧基硅烷作為前驅(qū)體，通過酸堿二步法催化，制備出SiO2氣凝膠。對所制備的SiO2氣凝膠進行光學(xué)及比表面積研究。結(jié)果表明，以正硅酸甲酯為前驅(qū)體所制備的SiO2氣凝膠透光率最高，達到了84.9%，比表面積同樣最高為897.66㎡/g。

SiO2氣凝膠；二步法；前驅(qū)體；透光率；比表面積

SiO2氣凝膠因其特殊的結(jié)構(gòu)而具有許多優(yōu)異的性能，如孔隙率高，密度低，比表面積大等[1-3]，因此其在隔熱保冷、催化載體等眾多領(lǐng)域具有非常好的應(yīng)用前景。此外，氣凝膠因其導(dǎo)熱系數(shù)低，性能穩(wěn)定，透光率較好，在建筑節(jié)能中空玻璃及太陽能集熱器方面具有非常高的應(yīng)用潛力。

目前對SiO2氣凝膠比表面積及透光率的研究主要集中在反應(yīng)條件控制及添加劑選擇中，例如劉文洋等在制備SiO2氣凝膠過程中加入N,N-二甲基乙酰胺作為凝膠控制劑，改善凝膠結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，提升膠體透明度[4]。

筆者以正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、甲基三乙氧基硅烷三種不同硅源作為反應(yīng)前驅(qū)體，制備了SiO2氣凝膠，并探討了不同硅源對SiO2氣凝膠透光率和比表面積的影響。

1 實驗部分

1.1 試劑

正硅酸甲酯（TMOS）、正硅酸乙酯（TEOS）、無水乙醇（EtOH）、草酸、氨水、均為分析純；去離子水自制。

1.2 實驗過程

將前驅(qū)體、無水乙醇、草酸、氨水進行兩步催化，保持n（前驅(qū)體）：n（乙醇）：n（草酸）：n（氨水）：n（水）=1:8:,1.2:0.3:2.5，草酸濃度為0.01mol/L，氨水濃度為0.005mol/L。所制備的濕凝膠經(jīng)多次溶劑交換，經(jīng)CO2超臨界干燥得到SiO2氣凝膠。實驗步驟：1）將前驅(qū)體、無水乙醇、草酸在燒杯中混合，在30℃水浴條件下攪拌50min；2）將氨水與水混合后滴入燒杯中，攪拌30min后靜置凝膠；3）在凝膠中加入適量無水乙醇，進行溶劑置換，每次12h，共置換5次；4）將凝膠置于CO2超臨界流體中干燥得到SiO2氣凝膠。不同前驅(qū)體所制備的SiO2氣凝膠如圖1所示。

圖1 以TEOS為前驅(qū)體制備的SiO2氣凝膠

1.3 制備出來的SiO2氣凝膠的表征

利用BET吸附法、透光率儀對樣品進行表征測試。

2 結(jié)果和討論

2.1 透光率數(shù)據(jù)分析

將SiO2氣凝膠裝填入中空玻璃中，使用透光儀測試結(jié)果顯示TEOS所制備的SiO2氣凝膠透光率為69.8%，TMOS的為84.9%，MTES的為42.5%。

這是因為在同樣的催化的條件下，TMOS最容易發(fā)生水解，生成的大量Si-OH的結(jié)構(gòu)，相比于Si-OH與Si-OR縮聚反應(yīng)，Si-OH之間的縮聚反應(yīng)更容易進行，縮聚反應(yīng)進行得更加徹底，形成凝膠過程中使得膠體三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加完全，孔徑趨于均勻，粒徑也較小，減少了干燥時所承受的毛細管力，制得的氣凝膠光學(xué)通透性較好。

2.2 BET數(shù)據(jù)分析

利用BET法，對樣品的吸附-脫附曲線計算得出，TMOS制備的SiO2氣凝膠比表面積為897.66㎡/g，TEOS的為667.13㎡/g，MTES的為388.54㎡/g。說明了TMOS制備所得的SiO2氣凝膠結(jié)構(gòu)更加完善均一，結(jié)構(gòu)缺陷較少。

3 結(jié)語

本文采用正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、甲基三乙氧基硅烷作為前驅(qū)體，通過酸堿二步法催化，制備出SiO2氣凝膠，通過分析表明采用正硅酸甲酯制備的SiO2氣凝膠具有高達84.9%透光率及897.66㎡/g的比表面積，使其有望作為建筑節(jié)能中空玻璃及太陽能集熱器的透明隔熱材料。

[1]Jesionowski T,Krysztafkiewicz A.Influence of silane cou?pling agents on surface properties of precipitated silicas[J].Appl. Surf.Sci.,2001,172(1/2):18-32.

[2]Rao A V,Nilsen E,Einarsrud M A.Effect of precursors, methyla-tion agents and solvents on the physicochemical proper?ties of silica aerogels prepared by atmospheric pressure drying method[J].J.Non-Cryst.Solids,2001,296(3):165-171.

[3]Li J S,Miao X Y,HaoY X,et al.Synthesis,amino-functional?ization of mesoporous silica and its adsorption of Cr(VI)[J].J.Colloid In-terface Sci.,2008,318(2);309-314.

[4]劉文洋,羅炫,曹林洪,等.改進兩步法制備高透光率SiO2氣凝膠的研究[J].硅酸鹽通報,2016,35(2):38-44.