超临界流体干燥技术制备NiO-SiO_2二元纳米材料及其结构特征

简要介绍了超临界流体干燥技术的发展及其基本原理,着重阐述了采用溶胶一凝胶(sol—gel)法和超临界流体干燥技术制得的NiO—SiO2二元纳米材料的组成对其结构的影响规律。用比表面与孔隙度分析仪、TEM等分析手段研究了这种复合材料的结构特性。结果发现:在NiO—SiO2二元纳米材料中,随着NiO含量的不断提高,二元纳米材料的比表面积和孔体积不断减小,而堆密度和孔尺寸不断变大,同时显微形貌由纤维放射状、束状变为椭圆状并逐渐过渡到颗粒更大的圆球状。

Al_2O_3-SiO_2纳米复合粉体材料的超临界制备及其性能

采用sol gel法和超临界流体干燥技术合成了Al2 O3-SiO2 纳米复合粉 ,并研究了该复合粉经不同温度处理后的显微结构形貌、比表面积、孔容分布、物相变化及分形维数等的变化规律。结果表明 :热处理温度直接影响粉体的显微结构特征 ,并决定其比表面积、孔容和分形维数 ;该复合粉体材料的莫来石化温度为 10 15℃左右。

纳米Fe_2O_3对镁铬耐火材料烧结及力学性能的影响

在镁铬耐火材料中添加纳米Fe_2O_3,研究了它对镁铬耐火材料烧结性能与常温力学性能的影响。结果发现,在相同的工艺条件下,加入1％(外加)的纳米Fe_2O_3即可使镁铬砖的烧成温度降低150℃左右,并在相同烧成温度下能使试样的常温抗折强度和耐压强度大幅度提高。分析认为,在镁铬耐火材料中添加少量纳米级Fe_2O_3,可促进MgO-FeO固溶体中Cr^(3+)和Al^(3+)含量的提高,增强镁铬砖的直接结合程度,从而提高其力学性能。

包覆纳米镍粒子的碳纳米管磁性研究(英文)

通过溶胶 -凝胶超临界干燥技术制备出NiO SiO2 比为 1.2的二元气凝胶纳米催化剂 ,并以气凝胶为催化剂通过化学气相热解法合成了碳纳米管 ;碳纳米管的合成是在石英管式炉中完成。将催化剂置于石英舟中 ,在流动氮气中将管式炉加热至所需的温度 ,然后通入甲烷、氢气混合气体 ,热解反应 30min～ 6 0min后形成碳纳米管。反应结束后 ,生成的碳纳米管在氮气氛中冷却至室温。采用XRD、SEM、TEM、HRTEM、Raman分析手段对制得的碳纳米管进行了表征 ,并测定其磁化系数。结果表明 :裂解产物主要由碳纳米管和纳米镍粒子组成 ,且纳米镍粒子包覆于碳纳米管的顶端。这种包覆纳米镍粒子的碳纳米管的比饱和磁化强度和矫顽力分别为 0 .6 6A·m2 ·kg- 1 和2 0 15 7A·m- 1 。

共沉淀-真空冷冻干燥法制备纳米MgAl_2O_4粉体

以硝酸镁和硝酸铝为主要原料,NH3·H2O为沉淀剂,用均相混合物共沉淀法制得镁铝混合均匀的溶胶,再用真空冷冻干燥(VFD)方法在-50℃,13.3Pa的真空度下制得MgAl2O4的前驱体粉体。用TG-DSC、XRD、TEM及Autosorb-1-M等仪器研究了热处理温度及反应体系的pH值对镁铝均匀混合纳米粉体材料的物相转变、显微形貌、表面性能等的影响。研究表明:控制溶液的pH值在9.0附近,采用共沉淀-真空冷冻干燥方法,可制得粒径小、比表面积大的MgO-Al2O3二元混合纳米粉体,且其起始尖晶石化温度在600℃,经过1000℃2h处理后,已全部转变成粒径为50nm左右的纳米尖晶石,比传统制备镁铝尖晶石的温度低500～600℃。

催化剂结构与形态对碳纳米管生长的影响

采用溶胶-凝胶超临界流体干燥技术制备了含铁、钴的纳米SiO2复合气凝胶催化剂,用于碳纳米管和纳米碳包覆磁性纳米粒子的合成。利用N2物理吸附、XRD、TEM、HRTEM、EDS、SAED等手段对催化剂在不同温度下处理后晶型的转变、形态的变化进行了分析,并考察了催化剂对碳纳米管形貌、结构和碳增重率的变化。结果表明:随着处理温度从600℃升高到1000℃,催化剂比表面积从312.4m2 g降低到79.6m2 g,催化剂粒子从非晶态向晶态转变,粒径从5nm增大至60nm左右,碳的增重率从254.8%下降41.5%。采用低温处理的催化剂,碳产物中以碳纳米管为主,而采用较高温度处理后的催化剂,碳产物中则以碳包覆粒子为主,且随处理温度的升高碳包覆粒子的含量逐渐增加。

Sol-Gel-SCFD法制备纳米莫来石

以AIP(Aluminum-isopropoxde)和 TEOS(Tetraethyl Orthosilicate)为主要原料,采用Sol-Gel-SCFD(超临界流体干燥)技术制备了n(Al_2O_3):n(SiO_2)=3:2的Al_2O_3-SiO_2二元纳米气凝胶,通过中温煅烧,获得了纳米级莫来石.用热重-差示扫描热量计(TG-DSC)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和物理吸附分析仪(Autosorb)等手段对二元纳米气凝胶和纳米莫来石进行了分析和研究.TG-DSC研究表明,在煅烧过程中,气凝胶的大部分失重(15.98％)在700℃左右已完成,DSC曲线上在445和 1015℃存在的两个放热峰是由于二元凝胶中的Si-O-Al-O结构重整和莫来石化所致,而在805℃处小的吸热峰是由体系中结构水分解所致;借助于 TG-DSC、XRD和 TEM分析手段,可以确定在纳米Al_2O_3-SiO_2二元材料内,莫来石的开始形成温度为1015℃左右.XRD分析表明,完全转变成莫来石温度在1100～1200℃之间,1200℃可得晶粒发育良好的纳米级莫来石;TEM和物理吸附分析仪测试结果表明,1100和1200℃所得纳米莫来石的微粒大小分别为30和50nm左右,比表面积分别为138.91和95.81m^2/g.

纳米莫来石粉体的合成及其表征

以异丙醇铝和正硅酸乙酯为主要原料,采用溶胶-凝胶-超临界流体干燥技术(sol—gel—supercritical fluid drying)制备了n(Al2O3):n(SiO2)为3:2的Al2O3-SiO2二元纳米气凝胶,通过中温煅烧,获得了纳米级莫来石粉体。用热重-差示扫描热量计(TG—DSC)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)及物理吸附分析仪等手段研究了经不同温度处理后样品的显微形貌、比表面积、微孔孔容分布及物相变化等规律。TG—DSC分析表明:在煅烧过程中,气凝胶的大部分质量损失(15.98％)在700℃左右已完成,在DSC曲线上450℃和1 105℃时存在2个因结构重整晶化的放热峰和850℃时存在1个非晶化的吸热峰;借助于TG—DSC,XRD和TEM分析手段,可以确定在纳米Al2O3-SiO2二元材料内,在1 015℃左右开始形成莫来石,在1 100～1 200℃期间就已完全转变成莫来石,1 200℃可得晶粒发育良好的纳米莫来石粉体;TEM和物理吸附分析仪测试结果表明:1 100℃和1 200℃所得纳米莫来石的微粒大小分别为30 nm和50 nm左右,比表面积分别为138.91 m2/g和95.81m2/g。

纳米NiO/SiO_2催化剂的制备及其在碳纳米管合成中的应用

以有机硅剂和硝酸镍为主要原料 ,通过调节有机硅剂和硝酸镍的配入量 ,采用sol gel法及超临界干燥法 ,制得纳米SiO2 纳米NiO复合催化剂。催化剂的比表面积在 4 70～ 15 90m2 /g之间。将此种催化剂用于有机碳源热解制备碳纳米管过程中发现 ,该类催化剂可制备管径可控、纯度高的碳纳米管。

不同原料气催化热解法制备碳纳米管的研究

以CH4和C3H6为原料气,Ni SiO2为催化剂,采用催化裂解法制备了碳纳米管。考察了两种原料气在单位催化剂上的产量与碳纳米管的转化率,并运用TEM、XRD和Raman对所获碳纳米管的形貌结构性能进行了分析。结果表明:以CH4为原料气时单位催化剂上的产率虽低而转化率却较高。说明当C3H6发生分解时,分解出来的碳只有少部分转化成了碳纳米管,而大部分为副产物;当CH4分解时,副反应较少,因此转化率较高。同时微观结构的分析也表明:采用CH4为原料气时,产物的形貌比较均一,其有序程度较高,碳纳米管的结构缺陷也较少。

溶胶-凝胶-喷雾干燥法制备超细Al_2O_3-SiO_2二元粉体材料

以硝酸铝(Al(NO3)3·9H2O)和正硅酸乙酯(TEOS)为原料,采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)技术并结合喷雾干燥(SPD)技术制得超细Al2O3-SiO2二元复合粉体材料,并分别于400℃、800℃、1000℃、1150℃和1200℃煅烧2 h;采用全自动比表面积与孔隙率分析仪、TEM、TG-DSC及XRD等仪器研究了热处理温度、pH值(分别为5.5、7和8)以及干燥方法对粉体材料的表面性能、显微形貌、物相组成及Al2O3-SiO2二元系晶体转变过程的影响.结果表明:由Sol-Gel-SPD制备的超细Al2O3-SiO2二元粉体材料的比表面积＞448 m2·g-1,而经1200℃煅烧2 h后所得的超细莫来石的比表面积34.05m2·g-1;TG-DSC分析表明:采用Sol-Gel-SPD制得的Al2O3-SiO2二元粉体材料的质量损失主要发生在500℃之前;XRD分析表明:粉体试样的开始莫来石化温度为1000℃,铝硅尖晶石(6Al2O3·SiO2)与非晶态SiO2在1150～1200℃完全转化为莫来石;比较不同pH值试样经1200℃煅烧后的TEM照片发现,当pH=7时,得到的超细莫来石粉体粒径最小,为50 nm.

裂解温度对碳纳米管制备的影响

以纳米级复合物NiO SiO2为催化剂、甲烷为碳源,采用催化分解法制备了碳纳米管,并运用TEM对不同实验条件下得到的纳米碳管进行了形貌分析。结果表明:反应温度对碳纳米管的产率和形貌有着很重要的影响。反应温度过高或过低,碳纳米管的产率都很低。适合碳纳米管生长的温度范围是620℃～720℃,在660℃～680℃之间反应可得到稳定的产率。在640℃～680℃之间可以得到高纯度的产物,温度过高或过低时得到的碳纳米管形貌不均一而且含有很多杂质。

CeO_2对MgO-CaO材料性能的影响

以分析纯Mg(OH)2、Ca(OH)2为原料,按m(MgO)m(CaO)=75 25配料,并分别加入质量分数为0、0.5%、0.75%、1%的分析纯CeO2为掺杂剂,通过行星球磨机混合后机压成型,经1 650℃3 h热处理,制备了MgO-CaO材料。通过XRD、SEM及四探针高温电导率测定仪对试样进行了分析。结果表明:随CeO2掺入量的增大,试样的体积密度逐渐增大,显气孔率减小,致密化程度增强;在烧结致密化过程中,试样晶粒间的气孔逐渐减少,但MgO晶粒中的气孔逐渐增多,而CaO晶粒中未有气孔出现;CeO2的引入可增强试样的导电性能,其实质在于CeO2与CaO发生置换固溶,增大了Ca2+空位的浓度,有利于Ca2+的扩散。

多壁碳纳米管的制备及改性处理

用自制的镍 硅二元气凝胶作催化剂,合成了多壁碳纳米管.甲烷在680℃催化裂解120min,再升温至800℃继续裂解20min,得到多壁碳纳米管.TEM、HRTEM和Raman光谱分析表明,所得多壁碳纳米管与高定向石墨具有相似的层状结构,其管径分布均匀,约15～30nm左右,长径比大,管端封闭,并含有金属催化剂粒子;采用不同方法改性处理,发现经过稀硝酸浸泡和空气氧化处理后,能去除碳管中金属催化剂,同时碳纳米管管长变短,端帽开口,能有效利用内表面,比表面积增大.

纳米复合涂料的制备

系统地介绍了纳米粒子的表面改性、纳米粒子的物理、化学分散技术以及纳米复合涂料的制备方法。

MnO_x/ZrO_2纳米催化剂的制备及CO-SCR-NO性能研究

以氧氯化锆和硝酸锰为主要原料,采用Sol-Gel-VFD技术制备了MnOx/ZrO2超细粉体材料。用XRD,TG-DSC,TEM和BET等技术对试样进行了表征,用微反应器-气相色谱仪在线研究了试样选择性催化还原NO的活性。结果表明:用Sol-Gel-VFD技术可制得粒子尺寸约为20nm、具有高催化活性的负载型MnOx/ZrO2纳米催化剂,活性组分锰对NO的催化还原起了主要作用。添加铈组分能提高MnOx/ZrO2纳米催化剂催化还原NO的活性。

Cu/SiO_2纳米气凝胶的组成及催化氧化CO性能研究

以硝酸铜、正硅酸乙酯和硝酸铈为原料,利用溶胶-凝胶-超临界流体干燥技术制备了不同n(Cu)/n(S i)的用于CO催化氧化的Cu/S iO2系列气凝胶催化剂.利用TEM、XRD、物理吸附、微型反应器和气相色谱等对试样进行了表征.TEM观察结果显示,试样中含有介孔的气凝胶结构,5 nm左右的Cu粒子均匀地分布在S iO2的网络组织中.BET分析结果表明,试样的比表面积均在140 m2/g以上.XRD分析结果显示,添加铈前后,试样的物相发生了从Cu2+→Cu+→Cu的转变,使试样的催化活性进一步提高.试样的催化氧化CO活性表明,组分中铜含量的不同及铜的不同物种直接影响试样的催化氧化CO的活性,当组分中n(Cu)/n(S i)=2时,Cu/S iO2试样上CO完全氧化的温度降为210℃;于400℃低温焙烧,可使试样中有效活性组分全部转变成纳米晶CuO,并进一步降低了CO完全转变成CO2的温度;添加少量铈组分,使试样催化氧化CO的tstart,t50及t90温度提前20℃以上,Cu/S iO2试样催化氧化CO动力学研究结果显示,试样降低CO氧化温度的实质是降低了CO氧化的反应活化能.

CVD法制备的碳包覆(Fe,Co)纳米粒子的结构及电磁特性

以溶胶-凝胶超临界干燥技术合成的含Fe、Co双金属的SiO2纳米气凝胶为催化剂,采用CVD法高温气相催化裂解甲烷的方法合成了碳包覆铁钴的C-(Fe,Co)/SiO2纳米复合材料.用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)等对材料的形貌、相结构进行了检测,并采用微波矢量网络分析仪测量了微波频率下材料的复介电常数和复磁导率.实验表明,C-(Fe,Co)/SiO2纳米复合材料中含有大量碳包覆(Fe,Co)粒子及少量纳米碳管,其中碳包覆(Fe,Co)纳米粒子主要呈球形和椭球形,包覆层为约20层的石墨层;另还有少量的纳米碳管,其端部包覆有不同粒径的纳米粒子.所制备的复合材料中铁和钴的比例对材料的电磁参数影响较大.

真空冷冻干燥法制备纳米尖晶石

以硝酸盐为主要原料,采用共沉淀法和真空冷冻干燥技术,制备了镁铝混合氢氧化物和纳米级镁铝尖晶石超细粉体,分析了共沉淀产物的热分解过程,标定了不同温度处理后试样的物相组成,确定了纳米镁铝尖晶石的形成温度和煅烧条件,观察了试样煅烧前后显微形貌变化,测试了试样的比表面积.结果表明:控制适当的溶液pH值,用硝酸盐共沉淀和真空冷冻干燥法可制得粒径小、比表面积大的镁铝混合超细粉体,且其经600℃处理后即开始转化成尖晶石,经1 000℃处理后已全部转变成粒径为50 nm左右的纳米尖晶石,尖晶石化温度比传统的固相反应合成法低450℃～550℃.

FeAl_2O_4对方镁石-铁铝尖晶石质耐火材料性能的影响

以高纯镁砂（5～2、≤2和≤0．088mm）、电熔铁铝尖晶石（3～1和≤0．088mm）为原料，亚硫酸纸浆废液为结合剂，配料混练后机压成型为Ф36mm×36mm及25mm×25mm×140mm的试样，经110℃24h烘干，然后于1650℃3h热处理。采用热膨胀仪、弹性模量仪、SEM等对试样进行了分析研究，分别研究了FeAl2O4粒度（3～1或≤0．088mm）及加入量（质量分数为0、2％、4％、6％、8％、10％、12％）对方镁石一铁铝尖晶石质耐火材料性能的影响。结果表明：随着FeAl2O4添加量的增加，试样的常温强度、线膨胀系数、弹性模量降低。FeAl2O4以细粉形式加入时，试样的常温强度、弹性模量比以颗粒形式加入的要大；加入约4％（W）FeAl2O4就能明显改善镁质制品的抗热震性，其抗热震提高的机制以微裂纹增韧为主；固定尖晶石加入量为8％（W），尖晶石以细粉形式加入时，试样中FeAl2O4可完全反应为（Mg，Fe）Al2O4，以颗粒形式加入时，仅会在颗粒周围生成少量（Mg，Fe）Al2O4。