اثر کاتالیزور و مقدار آب مرحله هیدرولیز بر خواص فیزیکی ایروژل سیلیکا خشک شده در شرایط فشار محیط

نویسندگان

دانشکده مهندسی نساجی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان

چکیده

در این تحقیق ایروژل سیلیکا به‌روش سل- ژل دو مرحله‌ای در شرایط خشک ‌کردن محیط تهیه و اثر کاتالیزور و مقدار آب مرحله هیدرولیز بر خواص فیزیکی ایروژل شامل چگالی، تخلخل و جمع‌شدگی بررسی شد. نتایج نشان داد که افزایش مقدار آب مرحله هیدرولیز، جمع‌شدگی ژل را در مرحله خشک ‌کردن افزایش داده و افزایش چگالی ایروژل حاصل را در پی داشت. همچنین کاتالیزور واکنش تراکم در مرحله تشکیل ژل (آمونیاک) در فرایند سل- ژل بیشتر از کاتالیزور واکنش هیدرولیز در مرحله تشکیل سل (اسید) بر خواص فیزیکی ایروژل سیلیکا اثرگذار است. در حضور مقدار آب کم در مرحله تشکیل سل، اثر آمونیاک تشدید شده و افزایش آن منجر به کاهش چگالی و افزایش تخلخل ایروژل می‌شود. اما در حضور مقادیر کافی آب در این مرحله از سنتز به‌دلیل پیشرفت کامل واکنش هیدرولیز، کاتالیزور آمونیاک بر خواص فیزیکی ایروژل تأثیر محسوسی ندارد. ایروژل با خواص فیزیکی بهینه در نسبت مولی آمونیاک به اسید برابر 6 حاصل شد که از چگالی 214/0 گرم بر سانتی‌متر مکعب، سطح مخصوص 824 مترمربع بر گرم، تخلخل 90 درصد و جمع‌شدگی 23 درصد برخوردار است

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The Effect of Catalyst and Water Content of the Hydrolysis Step on the Physical Properties of Silica Aerogel Dried at the Ambient Pressure

نویسندگان [English]

  • Z. Talebi
  • Mahin Karimi
  • Negar Habibi
Department of Textile Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
چکیده [English]

In the present study, silica aerogel was evaluated by a two-step catalytic process at the ambient pressure drying, under different synthesis conditions. The effects of  the catalyst and water content in the hydrolysis step on the physical properties of silica aerogel, including density, porosity and shrinkage, were investigated. The results showed that increasing the water content in the hydrolysis step increased the shrinkage of gel network and density of obtained aerogel. Moreover, in the presence of insufficient water, NH4OH as the condensation catalyst in the gel formation step was more effective on the physical properties of silica aerogel, as compared to HCl as  thehydrolysis catalyst; Moreover, the increase in the NH4OH content led to lower density and higher porosity. On the other hand, NH4OH effect on the physical properties of silica aerogel was not noticeable in the presence of enough water content. In the NH4OH/HCl molar ratio of 6, the best silica aerogel sample was obtained with the density of 0.214 g/cm3, porosity of 90% and shrinkage of 23%

کلیدواژه‌ها [English]

  • silica aerogel
  • Nanostructured
  • Mesoporous materials
  • Sol-gel

مراجع

1. Shi, F., Wang, L., and Liu, J., “Synthesis and Characterization of Silica Aerogels by a Novel Fast Ambient Pressure Drying Process”, Materials Letter, Vol. 60, pp. 3718-3722, 2006.
2. Ge, D., Yang, L., Li, Y., and Zhao, J., “Hydrophobic and Thermal Insulation Properties of Silica Aerogel/Epoxy Composite”, Journal of Non-Crystalline Solids, Vol. 355, pp. 2610-2615, 2009.
3. Akimo, Y. K., “Fields of Application of Aerogels (Review)”, Instruments and Experimental Techniques, Vol. 46, No. 3, pp. 287-299, 2003.
4. Liu, M. L., Yang, D. A., and Qu, Y. F., “Preparation of Super Hydrophobic Silica Aerogel and Study on Its Fractal Structure”, Journal of Non-Crystalline Solids, Vol. 354, pp. 4927-4931, 2008.
5. Pierre, A. C., and Pajonk, G. M., “Chemistry of Aerogels and Their Applications”, Chemistry Review, Vol. 102, pp. 4243-4266, 2002.
6. Sarawade, P. B., Kimb, J. K., Kimb, H. K., and Kima, H. T., “High Specific Surface Area TEOS-based Aerogels with Large Pore Volume Prepared at an Ambient Pressure”, Applied Surface Science, Vol. 254, pp. 574-579 , 2007.
7. Talebi Mazraeh-shahi, Z., Mousavi Shoushtari, A., Abdouss, M., and Bahramian, A. R., “Relationship Analysis of Processing Parameters with Micro and Macro Structure of Silica Aerogel Dried at Ambient Pressure”, Journal of Non-Crystalline Solids, Vol. 376, pp. 30-37, 2013.
8. Shen, J., Zhang, Z., Wu, G., Zhou, B., Ni, X., and Wan, J., “Preparation and Characterization of Silica Aerogels Derived from Ambient Pressure”, Journal of Materials Science and Technology, Vol. 22, pp. 798-802, 2006.
9. Chambers, R. C., Jones, W. E., Harury, Y., Webber, S. E., and Fox, M. A., “Influence of Steric Effects on the Kinetics of Ethyltrimethoxysilane Hydrolysis in a Fast Sol-gel System”, Chemistry of Materials, Vol. 5, pp. 1481-1486, 1993.
10. Wagh, P. B., Begag, R., Pajonk, G. M., Rao, A. V., and Haranath, D., “Comparison of Some Physical Properties of Silica Aerogel Monoliths Synthesized by Different Precursors”, Materials Chemistry and Physics, Vol. 57, pp. 214-218, 1999.
11. Rao, A. V., and Kalesh, R. R., “Comparative Studies of the Physical and Hydrophobic Properties of TEOS Based Silica Aerogels using Different Co-precursors”, Science and Technology Advance Matererials, Vol. 4, pp. 509-515, 2003.
12. Aravind, P. R., and Soraru, G. D., “High Surface Area Methyltriethoxysilane-derived Aerogels by Ambient Pressure Drying”, Journal of Porous Materials, Vol. 18, pp. 159-165, 2011.
13. Xu, B., Cai, J. Y., Xie, Z., Wang, L., Burgar, I., Finn, N., Cai, Z., and Wong, L., “An Improved Method for Preparing Monolithic Aerogels Based on Methyltrimethoxysilane at Ambient Pressure Part II: Microstructure and performance of the Aerogels”, Microporous and Mesoporous Materials, Vol. 148, pp. 152-158, 2012.
14. Rao, A. P., Pajonk, G. M., and Rao, A. V., “Effect of Preparation Conditions on the Physical and Hydrophobic Properties of Two Step Processed Ambient Pressure Dried Silica Aerogels”, Journal of Materials Science, Vol. 40, pp. 3481-3489, 2005.
15. Meera, K. M. S., Sankar, R. M., Jaisankar, S. N., and Mandal, A. B., “Physicochemical Studies on Polyurethane/Siloxane Cross-linked Films for Hydrophobic Surfaces by the Sol-gel Process”, Journal of Physical Chemistry B, Vol. 117, pp. 2682-2694, 2013.
مواد پیشرفته در مهندسی
دوره 37، شماره 1
خرداد 1397
صفحه 27-35

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار

تحت نظارت وف ایرانی