Концентрация алкоксида металла также оказывает значительное влияние на свойства аэрогелей. В настоящей работе при приготовлении большинства аэрогелей использовалась концентрация алкоксида 0,5 моль/л. Она оказалась удобной для синтеза твердых прозрачных гелей, дающих после СКС аэрогели с хорошей пористой структурой и высокой удельной поверхностью. Мы также приготовили несколько гелей с концентрациями н-бутоксида циркония в этаноле от 0,25 до 1,0 моль/л. Чем выше концентрация алкоксида, тем больше кислоты требовалось для получения гелей с близкими временами гелеобразования. При концентрации 0,25 моль/л нам не удалось приготовить твердый прозрачный гель, т.к. дальнейшее снижение концентрации кислоты приводило к образованию осадка. Удельная поверхность аэрогелей после СКС растет с увеличением концентрации н-бутоксида циркония. Однако прокалка при температуре 500°C приводит к инвертированию этой зависимости. На основании полученных данных можно сделать вывод, что оптимальная концентрация находится между 0,25 и 0,5 моль/л. В этом случае удается получать твердые гели с использованием невысоких концентраций кислоты и достигать высоких значений удельной поверхности и объема пор после прокалки.
Старение алкогелей перед процедурой сушки является важным этапом консолидирования их химической структуры. Мы варьировали время старения гелей со временем гелеобразования 30 секунд от 30 минут до 52 часов. Наблюдается общая тенденция к повышению удельной поверхности аэрогелей после прокалки с удлинением времени старения. Образец со временем старения 52 часа имел наивысшую удельную поверхность среди аэрогелей, приготовленных в ходе настоящего исследования (111 м2/г).
Выше мы ограничивались исследованием влиянием различных параметров золь-гель процесса на свойства аэрогелей после прокалки при одной температуре – 500°C, которая достаточно типична для каталитических приложений. Мы также исследовали влияние термообработки при различных температурах на свойства аэрогеля, имевшего наиболее высокую удельную поверхность после прокалки при температуре 500°C, и сравнили их со свойствами типичного образца оксида циркония, приготовленного методом осаждения (CP-ZrO2). В обоих случаях удельная поверхность уменьшается с ростом температуры прокалки, при этом аэрогель имеет на 40-50 м2/г более высокую удельную поверхность во всем диапазоне температур прокалки.
Средний размер кристаллитов CP и AP-ZrO2 растет с ростом температуры, однако, во всем температурном диапазоне размер частиц аэрогелей остается на 35-40 Å меньше размера частиц обычного оксида циркония. При этом следует заметить, что рассмотренное выше варьирование параметров золь-гель процесса лишь в очень незначительной степени сказывается на среднем размере кристаллитов аэрогелей после прокалки при температуре 500°C. Этот размер составлял 75-85 Å для всех образцов аэрогелей, приготовленных с использованием этанола в качестве растворителя. Заметим, что это существенно меньше среднего размера частиц низкотемпературных аэрогелей ZrO2 [2]. Также было показано, что аэрогельная методика приготовления позволяет стабилизировать метастабильную тетрагональную фазу ZrO2 вплоть до температуры прокалки 700°C.
Глава 3.2 посвящена исследованию аэрогелей SZ с применением опыта приготовления высокотемпературных аэрогелей ZrO2. Было приготовлено два типа образцов SZ с использованием золь-гель технологии. В первом случае серная кислота добавлялась в раствор до стадии гелеобразования (серия AP), во втором – сульфат-ионы наносились на аэрогели ZrO2 методом пропитки уже после СКС (серия IAP). Было изучено влияние параметров золь-гель процесса на текстуру аэрогелей SZ, а также проведено сопоставление текстурных, морфологических и каталитических свойства полученных образцов со свойствами традиционных SZ катализаторов.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.