В качестве предшественников при приготовлении аэрогелей оксида циркония (AP-ZrO2) использовались пропоксид циркония Zr(OC3H7)3 (Alfa Aesar, 70% раствор в пропаноле) и комплекс бутоксида циркония с бутанолом [Zr(OC4H9)4 · C4H9OH] (Alfa Aesar). В качестве растворителей использовались осушенные метанол (Fisher, Spectranalyzed), этанол (McCormick, dehydrated, absolute – 200 proof) и пропанол (Fisher, Certified). Азотная кислота (Fisher, 70% w/w) применялась в качестве катализатора процесса гелеобразования.
Требуемое количество дистиллированной воды растворяли в 30 мл спирта. Обычно концентрация воды подбиралась таким образом, чтобы обеспечить при гидролизе соотношение 4 моля воды на один моль алкоксида циркония. В другой колбе соответствующие количества азотной кислоты и предшественника растворяли в оставшейся порции спирта. В большинстве экспериментов использовалась концентрация алкоксида циркония 0,5 моль/л. Полученные два раствора перемешивались магнитной мешалкой в течение десяти минут. Затем их быстро сливали при интенсивном перемешивании. Время, необходимое для исчезновения воронки, вызванной перемешиванием, было названо временем гелеобразования. В этот момент магнитную мешалку выключали. Полученный алкогель закрывали плотной крышкой и подвергали старению при комнатной температуре. В большинстве экспериментов время старения составляло 2 часа. Параметры процедуры приготовления варьировались с целью установления их влияния на свойства аэрогелей
Аэрогели получали высокотемпературной сверхкритической сушкой алкогелей в стандартном однолитровом автоклаве (Parr). Автоклав с помещенным внутрь гелем сначала продували азотом в течение 10 минут. Затем его наполняли азотом при давлении 100 psig (~ 7,8 атм) и герметически закрывали. Температуру автоклава медленно повышали до требуемого значения со скоростью 1°C в минуту, после чего выдерживали при заданной температуре в течение 10 минут. При этом давление в автоклаве составляло около 1200 psig (~ 82.5 атм). Общее количество растворителя подбиралось таким, чтобы обеспечить достижение этого давления, которое превышает критическое для всех использованных спиртов. После завершения этой процедуры давление быстро сбрасывали, выпуская пар растворителя. Образец снова продували азотом в течение 10 минут, и оставляли охлаждаться в атмосфере азота.
Для приготовления аэрогелей оксида циркония полученные гидратированные аэрогели прокаливали на воздухе при 500°C или другой требуемой температуре в течение 2 часов.
Пример приготовления типичного образца аэрогеля оксида циркония (AP-ZrO2): 26 мл комплекса бутоксида циркония с бутанолом растворяли в 60 мл этилового спирта. К полученному раствору по каплям добавляли 2,15 мл HNO3 при постоянном перемешивании. В другой колбе 3,6 мл дистиллированной воды растворяли в 30 мл этанола. После десятиминутного перемешивания содержимое второй колбы быстро вливалось в первую колбу. После образования геля и исчезновения воронки выключали мешалку, закрывали колбу и подвергали гель старению в течение 2 часов. Время гелеобразования составляло 20-25 секунд. Затем полученный гель подвергали сверхкритической сушке при 255°C. Образец, приготовленный по данной процедуре, в дальнейшем использовался при приготовлении сульфатированных аэрогелей серии IAP.
ZrOCl2·8H2O (Alfa Aesar, 99.9% metals basis) использовался в качестве исходного материала при приготовлении гидроксида циркония методом осаждения (CP-ZrO2). 32,2 г этого предшественника растворяли в 200 мл дистиллированной воды. Водный раствор гидроксида аммония (Fisher, 28-30 wt.%) добавляли по каплям при постоянном перемешивании до pH ~ 10. Полученный белый осадок отфильтровывали, тщательно промывали горячей дистиллированной водой до отрицательной реакции на хлорид ионы в фильтрате и сушили на воздухе при 120°C. Оксид циркония получали прокалкой полученного гидроксида на воздухе при 500°C или другой требуемой температуре в течение 2 часов.
Высокотемпературные оксид циркония и цирконий-кальциевые бинарные оксидные композиции были приготовлены согласно [258] путем осаждения из растворов соответствующих солей при определенных pH и температуре с последующей промывкой, сушкой и прокалкой. Заключительная стадия термической обработки представляла собой прокалку в потоке осушенного воздуха при температуре 700°С в течение 4 ч*. Фазовый состав и удельная поверхность использованных образцов приведены в таблице 2.1.
Аэрогели сульфатированного оксида циркония (AP-SZ) получали по процедуре, аналогичной вышеописанной (см. раздел 2.1.1) процедуре приготовления непромотированных аэрогелей оксида циркония (AP-ZrO2). При этом к раствору комплекса бутоксида циркония с бутанолом в этиловом спирте добавляли необходимое количество концентрированной серной кислоты (96 wt.%, Fisher, Reagent A.C.S.). Параметры процедуры приготовления варьировались с целью установления их влияния на свойства аэрогелей.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.