超临界CO干燥法制备ZrO气凝胶研究

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ZrO2气凝胶在催化科学、材料科学、电学等诸多领域有着广泛的应用,可用作性能优良的催化材料、结构陶瓷和功能陶瓷的原料、电极材料。ZrO2气凝胶多采用溶胶—凝胶过程结合超临界乙醇干燥法来制备,但是以醇类作为干燥介质易燃、易爆,而且操作温度高,使其工业化应用受到了一定的限制,因此研究以CO2作为干燥介质的制备工艺具有十分重要的实用意义。另一方面现有的研究大多考察溶胶-凝胶过程对产品结构和性能的影响,而考察超临界CO2干燥操作参数对制品结构和性能的影响报导很少,因此研究超临界CO2干燥过程也具有十分重要的理论价值。 本研究以无机盐氧氯化锆为原料,采用溶胶-凝胶过程结合超临界CO2干燥法制备了ZrO2气凝胶,并采用BET、TG/DTA、XRD、SEM、TEM测试手段对制品进行了表征分析。 分析了超临界CO2干燥过程的机理,并通过采用正交实验法重点考察了超临界温度与压力、CO2流率、干燥时间等因素对制品比表面积、孔性质等的影响。结果表明,在操作压力为9.5Mpa,温度50℃,CO2流率为0.65L/h,干燥时间为6h的工艺条件下,制品原粉的比表面积较佳为425.29m2/g。 表征结果表明本研究的制品ZrO2气凝胶是一种具有高比表面积、大孔容和均匀的孔径分布等特性的介孔材料。多点BET法计算发现制品原粉经500℃热处理2h后,比表面积仍较高为140.77m2/g,比未经热处理的干凝胶的比表面积还高;由TG/DTA可看出,制品在67℃处附近的吸热峰说明有残留溶剂脱除,制品在461℃处附近的放热峰说明有晶形的转变;XRD结果表明350℃下为非晶态的制品在500℃下转变成了四方相,在650℃下转变成了单斜相;SEM观察发现,制品由许多极小的粒子组成,具有丰富的孔道,是典型的连续网络状结构;TEM观察发现,500℃热处理2h后制品的粒径约为~20nm,颗粒清晰而均匀。
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