吸附材料在空气净化、污水处理、化工提纯、医药过滤、海水淡化等领域 有着广泛的应用。SiO2气凝胶由纳米颗粒骨架构成，拥有高通透性的圆筒形多 分枝孔和纳米骨架组成的三维空间纳米网络结构，气凝胶孔洞率最高可达99％， 并且这些孔洞尺度仅为几十纳米，形成了巨大的比表面积，非常有利于对有害 物质的吸附，是具有广泛应用前景的一类吸附材料。近年来随着溶胶-凝胶技术， 特别是常压干燥技术的发展，避免了昂贵繁琐的超临界干燥过程，气凝胶的制 备成本大幅下降，使得大规模生产和应用SiO2气凝胶成为可能。 本论文采用工业化原料多聚硅氧烷E-40为硅源，结合常压干燥和表面修饰 工艺获得疏水、亲水特性可调的纳米多孔SiO2气凝胶。通过SiO2气凝胶与其他 纤维材料复合，获得性能优异的气凝胶复合材料，并研究气凝胶及其复合材料 在空气净化、污水处理、吸污过滤、海岸泄漏石油回收、海水净化等领域的应 用。 本论文经过理论和实验的探索，得到如下结论： 总结了与本文相关的一些基础理论，总结了固体-气体吸附和固体-液体 吸附的几种理论模型。研究了多孔固体的吸附行为，多孔固体吸附的吸附滞后 现象与毛细管凝聚有关的，并对多孔固体中的吸附滞后现象进行了解释。 采用廉价的工业原料多聚硅(E-40)为源，采用表面修饰结合常压干燥工艺 取代超临界干燥过程，实现疏水型SiO2气凝胶的常压干燥工艺。探索了气凝胶 微结构与其制备工艺条件之间的对应关系，从而指导气凝胶的化学剪裁。结合 常压干燥工艺获得亲水、疏水特性可调的纳米多孔SiO2气凝胶。通过添加聚氨 酯高聚物获得有机-无机复合SiO2气凝胶，并对获得的SiO2气凝胶性能进行表 征，以此来指导和优化工艺。 通过三甲基氯硅烷(TMCS)、六甲基二硅胺烷和氟代硅烷(FAS)几种表面 修饰液维持SiO2凝胶的纳米多孔结构，用各种方法表征了表面修饰前后的二氧 化硅气凝胶的表面基团，并对溶剂替换和表面修饰的机理进行了系统的研究； 解决目前SiO2气凝胶常压干燥工艺过程中出现的一系列难题。 研究了SiO2气凝胶在气相吸附中的应用。通过对不同气体的吸附可了解 SiO2气凝胶的孔形状和结构，得出气凝胶具有吸附不同介质的选择性。SiO2气 凝胶饱和吸附容量远远高于活性碳纤维(ACF)和颗粒活性炭(GAC)。气凝胶 的饱和吸附容量和吸附质本身的性质有很大的关系。气凝胶作为ICF实验中的 低温冷冻靶是可行性的。SiO2气凝胶对各种蒸气的吸附既包括物理吸附，又包 括化学吸附。SiO2气凝胶不仅脱附方便，对吸附质脱附后的吸附容量变化也不 大，为循环利用创造了有利的条件。 通过热压和浸渍复合工艺，制备出性能优异的气凝胶复合材料，经纤维掺 杂的气凝胶的抗压强度明显高于纯SiO2气凝胶，复合纤维掺杂SiO2气凝胶具有 一定的弹性，可以轻微地弯折。气凝胶纤维材料复合后仍具有比较好的疏水性 能，接触角为122°。研究了SiO2气凝胶纤维复合材料在气相吸附中的应用。SiO2 气凝胶复合材料的饱和吸附容量不但与单位面积SiO2气凝胶的克量存在正比关 系，而且与SiO2气凝胶的本身吸苯容量成正比。SiO2气凝胶复合材料的饱和吸 苯容量远远高于活性碳无纺布、活性碳无纺毡和活性碳纤维毡。SiO2气凝胶纤 维复合材料在透气性、断裂强力、断裂伸长率方面等都很有优势，透气量较大， 适合制作各种环保产品，并供有关单位使用。 研究了SiO2气凝胶在液相吸附中的应用。亲水型SiO2气凝胶对染料类吸附 质的去除效果都达到98％以上。气凝胶吸附容量和吸附质本身的性质有很大的 关系。SiO2气凝胶对亚甲基蓝去除效果随着亚甲基蓝浓度的增大而增大。疏水 气凝胶对亚甲基蓝的去除远远高于对苯酚的去除率。用Freundlich和de Boer-Zwikker公式对吸附等温线拟合得非常好。吸附质在气凝胶中的吸附均为多 分子层吸附。再生后的气凝胶对染料类吸附质的去除效果都在98％以上，吸附 效果仍然很好。 初步研究了疏水气凝胶的吸油性能。疏水SiO2气凝胶对机油的吸附能力是 气凝胶本身重量的15-25倍，而且我们发现疏水SiO2气凝胶以颗粒状形式比粉 体形式有更好的吸附能力，是气凝胶本身重量的20-30倍，和其他吸附材料相 比，我们常压制备的疏水SiO2气凝胶对油的吸附能力是比较高的。目前进一步 的研究和分析正在进行中。初步分析了疏水气凝胶的吸油机理。 关键词：SiO2气凝胶，常压干燥，表面修饰，纤维复合材料，气相吸附，液相吸附，吸油