万郁楠，张 波（山西省建筑科学研究院节能与绿色建筑研究所，山西 太原 030001）



以水玻璃为源制备SiO2气凝胶的最佳工艺研究

万郁楠，张 波
（山西省建筑科学研究院节能与绿色建筑研究所，山西 太原 030001）

摘 要：以低成本的水玻璃为硅源，水为反应物及溶剂，采用溶胶-凝胶法和常压干燥法制备SiO2气凝胶。并通过SEM、TEM和XRD等测试手段对气凝胶进行表征，实验研究了水玻璃和水的比例，硅酸的pH、改性溶剂的比例和干燥条件等对SiO2气凝胶性质的影响。结果表明：工业水玻璃与水的体积比为1 ： 5，pH调节为6，在50 ℃下老化3h，采用三甲基氯硅烷（TMCS）、正己烷和乙醇的混合液进行改性。其中，乙醇与三甲基氯硅烷（TMCS）体积为2 ： 3，加入三甲基氯硅烷（TMCS）的体积比为20%，在50 ℃下置换72小时，130 ℃下干燥制备得到的SiO2气凝胶的性能最好。

关键词：水玻璃；SiO2气凝胶；常压干燥

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0　引 言

SiO2气凝胶是由微细颗粒组成的具有纳米孔洞结构的材料，其气孔率可高达99.8%，孔洞直径为1-100 nm，比表面积可高达1000 m2/g。气凝胶特有的纳米多孔结构和纳米微粒网络，使其具有纳米材料的特殊性能，在催化、吸附、热绝缘和药物释放体系等方面受到广泛应用［1-5］。

SiO2气凝胶的成熟制备工艺主要是以正硅酸甲酯（TMOS）或正硅酸乙酯（TEOS）为硅源［6-7］，采取超临界干燥工艺制备，存在原料价格昂贵，并具有一定毒性。高温、高压、超临界流体干燥技术成本太高，危险性大等问题，阻碍了气凝胶材料的大规模生产和商业化。为了解决气凝胶原料昂贵和超临界干燥工艺复杂、危险等问题，本文以廉价的水玻璃为源，用常压干燥法制备硅气凝胶，降低了成本，简化了工艺。……