气凝胶文献查阅总结

1、气凝胶文献查阅总结1 气凝胶定义及主要特征气凝胶是一类由纳米量级粒子聚集并以空气为分散介质的新型非晶态固体材料1，具有低密度、网络结构、高孔隙率等许多独特物理性质、化学性质，是一种轻质多孔材料，又成为“固态烟”。气凝胶具有独特的热学、声学、光学、电学等性质，比如在可见光区的高透明度，低热导率、很好的耐热绝热材料，低折射率，低的声速，低介电常数，高比表面积等。这些特殊的性质使它可广泛应用于隔热材料、隔音材料、吸附剂、传感器、催化剂、过滤材料、声阻抗耦合材料2、药物缓释材料等3，同时它在电子、民用建筑、农业、制药业等方面也会有很大的利用价值和以应用前景。气凝胶主要分为单一气凝胶、复合气凝胶、有机气

2、凝胶和炭气凝胶。单一气凝胶主要有硅凝胶、铝凝胶、钛凝胶等，其中硅铝气凝胶是研究最多应用最广泛的；复合气凝胶主要有硅-铝凝胶、钛-硅凝胶、钛-铝凝胶、铁-硅凝胶等，最常见的是硅-铝凝胶；有机凝胶主要是RF凝胶和MF凝胶等。2气凝胶的制备过程2.1、硅气凝胶的制备 气凝胶的制备原料主要有无机盐、醇盐和其它的材料（如粉煤灰、稻壳灰、油页岩灰等）。醇凝胶的制备：有机硅化合物溶液中加水搅拌，滴加酸溶液或者碱溶液使之发生水解，缩聚反应后形成硅氧桥并在三维方向上发展。水凝胶的制备：硅源溶液（钠钾水玻璃、硅酸、硅溶胶等）中加入酸/碱溶液，达到适合的pH范围之后，溶液中发生硅氧缩聚反应，形成三维交联的水凝胶。气

3、凝胶的制备一般采用溶胶-凝胶法4，制备过程可简单概括为：无机盐或醇盐经水解和缩聚形成湿凝胶；湿凝胶的陈化及溶剂交换；湿凝胶的干燥。对于氧化硅气凝胶的制备方法已经很成熟，早在1931年美国的Kistler5选用水玻璃为硅源制备出了最早的SiO2气凝胶，从那以后人们便开始对气凝胶的原料及工艺进行详细的研究。Peri等6首次以硅醇盐正硅酸甲酯（TMOS）为硅源，经溶胶-凝胶法制备出了高质量的SiO2气凝胶。20世纪70年代，Teichner等人7利用TMOS为硅源，代替了无机硅盐，通过溶胶-凝胶法在甲醇的超临界干燥条件下制备出了SiO2气凝胶。利用有机醇盐做硅源，可直接用无水乙醇进行溶剂交换，操作简

4、单，并且凝胶中不含有无机盐杂质离子，提高了凝胶的纯度，使得最终的气凝胶性能更好。Nakanishi等8以TMOS为硅源，在硅醇盐水解的基础上加入高分子PEO共同缩聚形成了轻质多空的SiO2气凝胶，这种气凝胶的微孔排列有序且孔隙分布均匀，在气液相色谱法的中有很好的应用。虽然利用有机醇盐TMOS为硅源制备硅气凝胶水解速度快，工艺简单，成品性能良好，但是TMOS有毒，价格远高于无机硅盐，并且有机醇盐的水解-缩聚反应一般都要加入与相应硅源匹配的合适催化剂，所以无毒廉价的有机硅源及有效催化剂的寻找便成为众多研究人员的研究方向。1983年Hunt等9利用正硅酸乙酯（TEOS）为硅源，采用常压干燥法制备出了

5、块状SiO2气凝胶。利用TEOS更安全，常压工艺更简单，大大降低了硅气凝胶的生产成本，便于硅气凝胶的大规模生产。通过以上硅源制备的SiO2气凝胶一般强度较低，韧性差。利用甲基三乙氧基硅烷（MTES）为硅源制备的SiO2气凝胶具有一定的柔韧性。同时Hegde等10以MTMS为硅源，采用酸碱两步催化反应，甲醇为交换溶剂制备出了高韧性的SiO2气凝胶。利用MTES及MTMS为硅源，乙氧基的水解使长的分子链变短，甲基的存在限制缩聚反应的粒子长大团聚，使聚合度降低，形成的凝胶结构更加开阔，所以气凝胶的韧性大大提高。除了利用单一的硅源制备气凝胶外，还可用两种或两种以上的硅源共同制备具有特殊性质的气凝胶，研

6、究最多的是利用TMOS和MTES组成复合硅源制备超疏水性SiO2气凝胶。Rao等人11以TMOS和TMES为复合硅源，在乙醇的超临界干燥条件下制备出了超疏水性SiO2气凝胶，并且通过调整两者的比例，发现增加TMES的用量，气凝胶的疏水性增强，热稳定性也有所提高。这主要是TMES中的甲基CH3代替了原来气凝胶表面的羟基OH，TMES的含量越高表面的羟基就越多，疏水性就越强。Mansur等12在TEOS的硅源中分别加入氨丙基三乙氧基硅烷（APS）和疏丙基三乙氧基硅烷（MPTS）进行缩聚，两者的加入分别引入了氨基NH2和SH基团，使得最终形成的气凝胶表面带有相应的基团，可以对某些蛋白质分子进行选择性

7、的吸附。选用不同的硅源制备SiO2气凝胶，得到的气凝胶的结构、性能等都有很大的差别。同时不同的硅源需要选择不同的酸或碱做催化剂加快水解-缩聚反应的进行，因为硅源的不同，硅源上所含的烷基基团的数目和大小各不相同，使得最终形成的气凝胶的结构和性能也有很大的差别。所以不同用途的气凝胶选择不同的硅源制得相应的气凝胶。为了降低成本，提高废弃物的利用率，很多研究者已成功的用其他的原料为硅源制备出性能良好的SiO2气凝胶。Tang等13以稻壳灰为硅源制备了SiO2气凝胶，先将稻壳灰中的有机物灼烧，溶于NaOH溶液，再用硝酸调节pH值得到水凝胶，陈化并经过溶剂交换后，在常压下干燥得到低密度、多空SiO2气凝胶

8、。用这种方法制备SiO2气凝胶，硅源廉价，还能将农副产品秸秆进行二次利用。同样的，王蕾14用高铝粉煤灰制备了轻质多孔的SiO2气凝胶。粉煤灰的主要成分是SiO2、Al2O3，还含有少量的Fe、Ca、Mg等化合物，所以可以以粉煤灰为原料提取其中的Si元素。主要过程为： 对粉煤灰进行热处理，温度为600。这步反应时为了去除粉煤灰中的碳及提高粉煤灰的活性。 将经过热处理的粉煤灰与HCl溶液反应。此步反应时为了去除粉煤灰中酸溶性的Al、Fe等杂质，将反应后的溶液进行真空抽滤，清洗滤渣（主要成分是SiO2）。 将滤渣与一定浓度的NaOH溶液进行充分反应，再对溶液进行真空抽滤，得到纯净的水玻璃溶液。用此种

9、方法提取硅元素的利用率比较小，因为第步反应过后的滤渣中含有一定量的莫来石、硅线石和石英晶体，说明粉煤灰中的含硅矿物并没有完全的参加反应，有待进一步提高其转化率。进一步提高粉煤灰与NaOH的反应温度和反应时间以及重复使用反应过的“二次灰渣”来制备水玻璃。ShiFei等人15用工业废渣粉煤灰通过NaOH溶液水热反应得到碳酸钠水溶液，分别在矾催化和树脂交换碱催化的作用下得到湿凝胶，经乙醇、己烷、三甲基氯硅烷（TMCS）溶剂交换和表面改性，最后经常压干燥得到超疏水性SiO2气凝胶。2.2、铝气凝胶的制备虽然SiO2气凝胶具有很多的优点，应用领域广泛，但是SiO2气凝胶得高温热稳定性较差，长期使用温度不

10、能超过650，Al2O3气凝胶的热稳定性远远优于SiO2气凝胶，所以Al2O3气凝胶的制备工艺及改进研究成为国际研究方向16。由美国人Yoldas17制备出了最早的Al2O3气凝胶，他采用有机金属醇盐在催化剂的作用下形成Al2O3湿凝胶，经超临界干燥得到热稳定性良好的Al2O3气凝胶。在Yoldas的基础上，Hirushima等18以正丁醇铝为前驱体，与乙醇水溶液混合后在乙酰乙酸乙酯的催化作用下，经酸碱两步法制得Al2O3气凝胶。Poco19以仲丁醇铝经超临界干燥法制得Al2O3气凝胶。高庆福等人20利用仲丁醇铝为铝源，乙酰乙酸乙酯为螯合剂，在60的条件下，仲丁醇铝：乙醇：水为1：（8-16）

11、：1.2为最佳摩尔比，经乙醇的超临界干燥得到低密度块状的Al2O3气凝胶，最低密度为0.040g.cm-3，比表面积为447m2.g-1。WuLina等人21利用仲丁醇铝为铝源，加入甲醇水溶液，在醋酸和二甲基甲酰胺（DMF）的催化作用下形成湿凝胶，经己烷/三甲基甲氧硅烷（TMMOS）混合溶液一步法完成溶剂交换和表面改性，最后在常压下干燥得到超疏水性块状Al2O3气凝胶。Al2O3气凝胶虽然能在较高温度下使用，但是温度超过1200时，Al2O3会发生相变，使得Al2O3气凝胶的密度大幅度增加，甚至结构坍塌而失去原有的性能。Tatsuro等人22利用异丙醇铝为铝源，80下水浴生成沉淀，加硝酸催化水

12、解-缩聚反应得透明湿凝胶，在常温下加入正硅酸乙酯（TEOS）做表面改性剂，经乙醇和异丙醇溶剂交换后在乙醇超临界干燥条件下得到高热稳定性的Al2O3气凝胶。通过调节Si的掺量的到当Si掺量为5wt%时，Al2O3气凝胶在1400的高温下仍然保持不发生相变，在1300高温下加热1h比表面积仍然为86m2.g-1。说明经过硅烷基的表面改性等有效的抑制Al2O3气凝胶的高温相变。由于有机铝醇盐的毒性和价格昂贵，利用无机铝醇盐为前驱体制备Al2O3气凝胶具有更高的研究和实用价值。利用无机铝醇盐制备Al2O3气凝胶的研究已有很多。徐子颉等人23利用九水硝酸铝为铝源，溶于无水乙醇后，通过添加甲酰胺（DCCA

13、）和网络诱导剂环氧丙烷制得湿凝胶，经正硅酸乙酯和乙醇溶液溶剂交换后在常压70恒温干燥得到块状Al2O3气凝胶，密度为0.24-0.6g.cm-3，气孔率达90%。Theodore等人24分别用AlCl3.6H2O和Al(NO3)3.9H2O为前驱体制备了Al2O3气凝胶。在水合铝盐溶液中加入乙醇和环氧丙烷室温下形成透明的湿凝胶，无水乙醇溶剂交换后经超临界干燥制得低密度（60-130kg/m3）高比表面积（600-700m2/g）的Al2O3块状气凝胶。由于两种水合铝盐的阴离子不同，最后形成的Al2O3气凝胶的形态和性能也有很大的差别，AlCl3.6H2O制得的气凝胶在TEM下呈薄纤维的网状结构

14、，Al(NO3)3.9H2O制得的气凝胶呈无定型的球型颗粒，并且卷筒状的氯盐气凝胶的强度远大于硝酸盐气凝胶，两种气凝胶在800下会发生相变，生成- Al2O3，但是其比表面积和完整性几乎没有变化，显示出相当好的 热稳定性。WeiweiBao等人25利用油页岩灰（OSA）经表面改性和常压干燥制得疏水性Al2O3气凝胶。将OSA过筛后加热煅烧除去水分和有机物，烧过的产物用硫酸浸出铝得富铝溶液，再加NaOH溶液调节pH值至13，得到铝酸钠溶液，加盐酸值pH至为2-3得AlCl3溶液，室温下剧烈搅拌一段时间直到形成湿凝胶，经正己烷溶剂交换后分别用甲基三甲氧基硅烷（MTMS）/正己烷和正硅酸乙酯（TEO

15、S）/正己烷溶液浸泡进行表面改性，最终制得有序介孔、柳絮状的疏水性Al2O3气凝胶，孔的平均尺寸达200-300nm，这种方法开发了利用OSA作为新的原料制备Al2O3气凝胶，提高了OSA的综合利用价值。2.3、复合气凝胶的制备（Si-Al气凝胶为主）单一组分气凝胶虽然应用已经很广泛，但是也存在很多的缺点，SiO2气凝胶的强度低、耐热性较差，Al2O3气凝胶高温下会发生相变，进而导致收缩烧结，使比表面积严重降低，气凝胶性能也显著下降26，所以多组分气凝胶的研究将是今后气凝胶研究者的重点方向。研究表明，在单组份Al2O3气凝胶中引入其它的元素可以有效的抑制氧化铝的相变，提高热稳定性27。目前研究

16、最多的是将Si添加到Al2O3气凝胶制备Si-Al气凝胶，其它的如稀土元素（La）、碱土元素（Ba）28等的添加也可以改善单组份气凝胶的性能。武纬等人29以正硅酸乙酯（TEOS）和仲丁醇铝（ASB）为前驱体，利用溶胶-凝胶法在超临界干燥条件下制得高比表面积的Al2O3-SiO2块状气凝胶。将仲丁醇铝（ASB）、乙醇（EtOH）、去离子水在醋酸的催化作用下生成Al2O3凝胶；正硅酸乙酯（TEOS）、水、乙醇在硝酸的作用下形成SiO2凝胶，两种凝胶按Al/Si为一定的比例进行混合，加入甲醇和乙酸便形成混合凝胶。随着Si含量的降低凝胶时间缩短，强度及成块性能都提高。当Al/Si为4:1时性能最好，比

17、表面积为444.5m2/g，Si含量较高时复合气凝胶性能较差。何文等人30以正硅酸乙酯（TEOS）和硝酸铝Al(NO3)3.9H2O为硅源和铝源，利用CO2超临界干燥制得Al2O3-SiO2气凝胶纳米粉。正硅酸乙酯（TEOS）、水、乙醇在硝酸的作用下形成SiO2凝胶，硝酸铝、乙醇和水在氨水的作用下生成Al2O3凝胶，Al/Si为1：1制得混合凝胶，经醇溶液溶剂交换后干燥得粉体气凝胶。当pH值在5-6之间，温度60左右时易形成低密度的纳米颗粒气凝胶，粒径在5-15nm，最高比表面积达418m2/g。冯坚等人31以仲丁醇铝（ASB）和正硅酸乙酯（TEOS）为原料制备了Al2O3-SiO2二元气凝胶

18、，通过对Si含量的控制研究了硅含量对二元气凝胶结构及性能的影响。随着硅含量的增大，凝胶时间变长，密度增大，结构由多晶勃姆石向无定型SiO2过渡。当Si含量在13.1wt%，即Al/Si为3:1时，气凝胶的性能明显优于单组分气凝胶，温度高于1200时生成莫来石，有效的抑制铝的相变，气凝胶的结构逐渐由针叶状变成球星颗粒状。当Si含量太大时，二元气凝胶与SiO2气凝胶性能相似。复合气凝胶制备时要考虑到Si、Al源各自水解-缩聚的速率，以免混合时发生沉降。Aravind等人32通过混合溶胶在亚临界干燥的条件下制得Al2O3-SiO2气凝胶。以勃姆石凝胶为铝源，TEOS为硅源，通过控制铝凝胶的含量得出不

19、同的气凝胶；当Al含量在10-15wt%时，复合气凝胶的比表面积较高，为796m2/g，线收缩率远远小于单组份Si气凝胶，同时气凝胶颗粒均匀1200高温下未发生相变。Hajime等人33利用TMOS为硅源，2-正丁醇和TPOTi为铝源和钛源，在CO2超临界干燥条件下分别制备了Al2O3-SiO2气凝胶和Si-Ti气凝胶。控制Ti和Al的含量在10-25%之间，发现Ti和Al的加入降低气凝胶的透光性，随着Ti和Al的增加，最大孔径增大但是总的孔体积并没有变化。随着Al含量的增加，Al2O3-SiO2气凝胶对烷烃和烯烃的分离效率大大提高。为了使气凝胶的催化效率更高，Aleksandar等人34利用

20、ZnCl2对Al2O3-SiO2气凝胶进行表面烷基化，在超临界干燥条件下得到高催化效率的复合气凝胶。以TEOS和3-仲丁醇铝为硅源和铝源，控制Al/Si为1和3研究在湿凝胶中加入ZnCl2溶液时气凝胶的催化效率，实验表明，随着ZnCl2量的增加，气凝胶的比表面积和孔体积都会降低，但是其催化效率会大大提高。出了研究较多的Si-Al气凝胶，仲亚等人35利用AlCl3.6H2O为Al源，间苯二酚（R）、甲醛水溶液（F）为C源制备了C-Al2O3复合气凝胶。AlCl3.6H2O、乙醇、去离子水在环氧丙烷的作用下形成溶胶，间苯二酚（R）、甲醛水溶液（F）、乙醇、水在碳酸钠的作用下得到RF有机溶胶，两者混

21、合后得RF- Al2O3复合溶胶，在CO2超临界干燥条件下得到的RF- Al2O3复合气凝胶经1400高温热处理生成黑色的C-Al2O3复合气凝胶。环氧丙烷作为一种很好的质子吸收剂，能加速无机铝盐的水解-缩聚反应，随着热处理温度的提高，C-Al2O3复合气凝胶的比表面积、孔体积、平均孔径都有很大提高，并且复合气凝胶的力学性能也明显增强，最高可达9.07MPa，即使在高温下也不会发生相变。Al2O3-SiO2气凝胶的制备通常采用溶胶-凝胶法，原料一般都是有机醇盐或者无机铝盐，为了降低成本，提高废弃物的利用效率，陈娜等人36利用四川江油巴蜀电厂的粉煤灰制得了Al2O3-SiO2气凝胶。采用碱熔融法

22、使粉煤灰与碳酸钠高温下烧结，烧结产物用HCl酸溶后洗涤抽滤，得到的溶液即为硅铝溶胶，调节pH值在9-10之间使凝胶陈化一段时间，经无水乙醇溶剂交换后再用TMCS正丁醇溶液和六甲基二硅烷为表面改性剂，最后在100常压干燥下得到白色、多空的Al2O3-SiO2气凝胶。经TMCS正丁醇溶液改性的气凝胶纳米粉体颗粒均匀，呈柱状，粒径一般在9nm左右，且有较好的疏水性能。2.4、常用的气凝胶干燥法2.4.1、超临界干燥法在临界条件既临界压力和临界温度的条件下，气相液相的界面就会消失，湿凝胶中的溶剂表面张力为零，可以有效的将孔隙中的溶液排出。但是这种干燥方法需要高压釜，能量消耗高，且具有一定的危险性。在干

23、燥之前为了是湿凝胶的三维网络结构强度更高，既使湿凝胶的硅氧缩聚反应基本完成，要将湿凝胶陈化一段时间，如果陈化达不到要求的强度要求，可在陈化的同时进行湿凝胶的改性。陈化：将湿凝胶溶液在一定pH值的水溶液或者醇溶液中浸泡一段时间，知道湿凝胶的强度达到干燥的要求。2.4.2、常压干燥法常压干燥为了保证湿凝胶的网络结构强度，需要先对湿凝胶进行疏水化改性处理。改性：用其他表面张力较小的溶液交换孔隙溶液；使用化学干燥剂；浸泡有机烷溶液，或者延长陈化时间。改性处理：湿凝胶经乙醇等溶液交换之后，用三甲基氯硅烷（TMCS）进行表面疏水改性，其目的是用烷基不断置换溶液表面的羟基，达到表面疏水的效果。研究发现六甲基

24、二硅氮烷（HMDZ）也可作为某些硅源的表面改性剂，但三甲基氯硅烷（TMCS）是最常用的表面改性剂37。这种干燥方法设备简单，操作容易，成本低廉，可操控性强可进行大规模的连续生产，有很好的发展趋势。2.4.3、其他的干燥方法除了以上常用的方法，还有亚临界干燥法、冷冻干燥法、微波干燥法等其它的干燥方法，这些方法的设备一般都比较昂贵，在实际的生产工艺中很少应用到，只有某些特殊要求是才会用到。3SiO2气凝胶的不同制备方法及影响因素383.1、溶胶凝胶法制备气凝胶A: 将硅源（水玻璃）以一定的比例用水稀释，用硫酸溶液或者氨水调节pH值至形成水凝胶状态； 陈化一段时间后先用去离子水浸泡出去Na+。 用乙

25、醇水溶液、无水乙醇、三甲基氯硅烷、己烷浸泡进行溶剂交换； 用TMCS进行湿凝胶的表面改性，最后在室温下干燥至质量不变再放到烘箱中控温干燥至形成气凝胶。B: 将硅源（水玻璃）以一定的比例用水稀释，经过离子交换树脂出去Na+，得到硅酸。用NaOH调节pH值至形成块凝胶。 陈化一段时间后先用50%的乙醇溶液浸泡； 用无水乙醇浸泡进行溶剂交换； 用TMCS进行湿凝胶的表面改性，最后在室温下干燥至质量不变再放到烘箱中控温干燥至形成气凝胶。3.2、乳液法制备气凝胶 按水：水玻璃为一定的比例稀释水玻璃； 加入表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）溶解后，加入一定量的煤油和正丁醇形成W/O型乳液，搅拌并加入稀硫酸

26、溶液形成水凝胶； 加去离子水，陈化、洗涤、抽滤，出去煤油和钠离子； 用乙醇等容易交换溶剂； 用TMCS进行表面疏水改性，再进行干燥形成气凝胶。3.3、微乳液法制备气凝胶 按水：水玻璃为一定的比例稀释水玻璃，并用离子交换柱去除Na+得到硅酸溶液； 加入表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）正丁醇，再加煤油并搅拌形成微乳液，边搅拌边加入氨水最终形成细微的水凝胶； 加去离子水浸泡，陈化并用无水乙醇洗涤、抽滤，除去煤油； 用乙醇等溶液交换水凝胶溶剂； 用TMCS进行表面疏水改性，再进行干燥形成气凝胶。3.4、不同制备方法的比较 溶胶-凝胶法的两种方法比较，A方法制得的气凝胶是粉体，含有NaCl晶体

27、，改性时胶块容易破裂。随着去离子水浸泡时间的增长，NaCl晶体逐渐消失，呈现非晶态。B方法制得的气凝胶呈块状，轻质疏水，呈现非晶态。微乳液法制备法与乳液制备法相比，微乳液法制得的气凝胶粉体颗粒粒径、粒径分布范围更窄，所以具有更低的表观密度和更大的比表面积，具有更大的优势。3.5、 制备气凝胶过程中的影响因素 原料与溶剂（水、乙醇、甲醇等）及催化剂之间的配比； 加稀硫酸（或盐酸）/氨水调节的pH值； 陈化条件的影响； 杂质离子的去除（Na+、Cl-等）； 进行交换溶剂的溶液的选取及顺序； 表面疏水改性剂； 凝胶的干燥工艺。4气凝胶的性质表征及相应的测试方法4.1、宏观物理性质及测定方法 密度块状

28、气凝胶先测质量，再用排水法测体积，通过密度=质量/体积计算密度。粉体气凝胶先秤一定质量的粉料，用量筒振实测体积，并计算出密度。 比表面积全自动比表面积及孔隙度分析仪（BET法）测比表面积。4.2、微观形貌测定方法 热分析高温综合热分析仪质谱联用仪器（TG-DSC） 表面形貌场发射扫描电子显微镜或扫描电子显微镜（SEM） 微观形貌及孔隙结构投射电子显微镜（TEM） 粉末衍射图谱X射线衍射仪（XRD） 基团分析傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）5以粉煤灰为原料提取Si和Al145.1、粉煤灰热处理制备水玻璃粉煤灰的主要成分是SiO2、Al2O3，还含有少量的Fe、Ca、Mg等化合物，所以可以以粉煤

29、灰为原料提取其中的Si元素。提取步骤：对粉煤灰进行热处理，温度为600。这步反应时为了去除粉煤灰中的碳及提高粉煤灰的活性。将经过热处理的粉煤灰与HCl溶液反应。此步反应时为了去除粉煤灰中酸溶性的Al、Fe等杂质，将反应后的溶液进行真空抽滤，清洗滤渣（主要成分是SiO2）。将滤渣与一定浓度的NaOH溶液进行充分反应，再对溶液进行真空抽滤，得到纯净的水玻璃溶液。用此种方法提取硅元素的利用率比较小，因为第步反应过后的滤渣中含有一定量的莫来石、硅线石和石英晶体，说明粉煤灰中的含硅矿物并没有完全的参加反应，有待进一步提高其转化率。进一步提高粉煤灰与NaOH的反应温度和反应时间以及重复使用反应过的“二次灰

30、渣”来制备水玻璃。5.2、粉煤灰高温烧结法提取Si和Al粉煤灰的主要成分是铝硅玻璃体，SiO2、Al2O3含量最高，主要晶相物质为莫来石、石英晶体和- Al2O3，硅的结构主要是硅氧四面体，铝的结构有四位、六位配位。粉煤灰的烧结反应法提取Si和Al：1 粉煤灰中加Na2CO3助溶剂，加入助溶剂后使Si-O-Si、Si-O-Al键发生断裂。莫来石的链状结构转化为在三维空间均匀分布的NaAlSiO4（霞石）架状结构，最终形成以霞石为主的物相，莫来石的共价键转变成霞石的离子键，改变了键型和键强。2 烧结反应中，主要产物是NaAlSiO4（霞石）。当Al2O3过量时，还生成NaAlO2，SiO2过量时

31、，还生成Na2SiO3，粉煤灰中的- Al2O3，与Na2CO3在高温下不易反应。3 利用粉煤灰提取氧化铝较为成熟的工艺是石灰石烧结法和碱加压法。石灰石烧结法中，SiO2以2CaO.SiO2形式浸出，Al2O3则成为副产品。碱加压法中Al2O3进入碱性溶液中，SiO2则以不溶物的形式存在，成为废渣。烧结反应的影响因素：反应时间、反应温度、粉煤灰/ Na2CO3Si、Al分离的具体操作过程： 取粉煤灰烧结物，加蒸馏水，边磁力搅拌边加入盐酸溶液。 反应一段时间后，过滤。 将滤液放置数显温控仪上加热至100沸腾，蒸发水分，则硅溶胶慢慢变为硅凝胶。 真空泵分离硅凝胶和溶液，并用去离子水清洗硅凝胶去除N

32、a+、Cl-等。 将硅凝胶放入数显电热鼓风干燥箱中，干燥得二氧化硅气凝胶。 粉煤灰烧结的产物主要是霞石，是一种可溶于酸的物质，而利用酸溶烧结物的方法使硅铝分离。用盐酸浸泡烧结物后，NaAlSiO4溶解得到H4SiO4、AlCl3，然后硅酸缩聚成为硅凝胶，过滤后的溶液为AlCl3富铝溶液，经浓缩后可用以制备铝气凝胶。1.沈军，王珏，吴翔, 气凝胶一种结构可控的新型功能材料. 材料科学与工程, 1994(03): p. 1-5+37.2.史非, 常压干燥法制备SiO2气凝胶及其结构、性能研究, 2006, 大连理工大学.3.Smirnova, I., S. Suttiruengwong, and

33、W. Arlt, Feasibility study of hydrophilic and hydrophobic silica aerogels as drug delivery systems. Journal of Non-Crystalline Solids, 2004. 350: p. 54-60.4.王妮 and 任洪波, 不同硅源制备二氧化硅气凝胶的研究进展. 材料导报, 2014(01): p. 42-45+58.5.Kistler, S.S., Coherent Expanded Aerogels and Jellies. Nature, 1931. 127: p. 741.

34、6.Peri, J., Infrared study of OH and NH2 groups on the surface of a dry silica aerogel. The Journal of Physical Chemistry, 1966. 70(9): p. 2937-2945.7.Nicolaon, G. and S. Teichner, The preparation of silica aerogels from methylorthosilicate in an alcoholic medium and their properties. 1975.8.Nakanis

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