سنتز سیلیکا اروژل با دانسیته کم و مساحت سطح بالا از پیش ماده TEOS و تعیین بار سطحی اروژل

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

سمنان، دانشگاه سمنان ، دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز

چکیده

هدف از انجام این پژوهش سنتز سیلیکا اروژل با فرایند سل-ژل با استفاده از پیش ماده آلی( TEOS)، آب و ایزو پروپیل الکل (IPA) و حلال n-هپتان و محلول‌های کاتالیست HCl و NH4F با تغییر 4 پارامتر نسبت‌های مولی TMCS/TEOS, Total H2O/TEOS, IPA/TEOS ,  و CNH4F و اندازه گیری دانسیته و تعیین درصد تخلخل و ضریب شکست نور بوده است. پیرسازی درون ایزوپروپیل الکل، تعویض حلال با n- هپتان و اصلاح سطح درون محلول‌های 11% حجمی تری متیل کلرو سیلان( TMCS) در n- هپتان انجام شد. نمونه‌ها با روش خشک‌کردن در فشار محیط درون آون در دمای ˚C60 و ˚C170 خشک شدند و نمودارهای خشک‌کردن نیز تهیه شد. سیلیکا اروژل‌های آمورف به دست آمده دارای شفافیت خوب، دانسیته کم g/cm3 0566/0 و مساحت سطح بالا m2/g 802 بوده‌اند. دانسیته، درصد تخلخل، حجم منافذ و ضریب شکست نمونه‌های سنتز شده تعیین شد. آزمون‌های BET، X-ray و SEM برای تعیین ساختار ماده انجام شده است. هم‌چنین آنالیز FTIR انجام واکنش‌ اصلاح سطح اروژل را تایید کرده است. بار سطحی اروژل تعیین شد و جذب سطحی 4 ماده متیل اورنژ، متیلن اورنژ، متیل بلو و متیلن بلو در دو pH 1 و 7 با استفاده از آزمون UV/Visible انجام شده است.

 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Synthesis of low-density TEOS based silica aerogel with large surface area and determination of its surface charge

نویسندگان [English]

  • sayyed hassan arabi
  • mohammad nader lotfollahi
چکیده [English]

The aim of this study is to synthesis of silica aerogel by TEOS, H2O, isopropyl alcohol and n-heptane as solvent and catalyst solutions of HCl and NH4F by sol-gel method in different parameters including molar ratios of IAP/TEOS, Total H2O/TEOS ,TMCS/TEOS  and CNH4F  and concentration of NH4F in solutions. The density, porosity, and refractive index of products were determined and reported. Aging process and solvent exchange were performed using isopropyl alcohol and %11 volume percent of TMCS in heptane solution. All samples were dried at ambient pressure in oven at 60 and 170 oC temperature. The drying diagrams were plot for products. Produced amorphous silica aerogel had good transparence, low density of o.o566 g/cm3 and large surface area 802 m2/g. In addition, density, porosity, pore volume, and refractive index of all samples were determined and reported. Tests of BET, X-ray, SEM for determining of their structure were also performed. FTIR analysis results confirmed the surface modification of products. Surface charge of aerogel was determined and adsorptions of methyl orange, methylen orange, methyl blue and methylene blue on both at pH 1 and pH 7 using UV/Visible were carried out. The results showed that the adsorption is higher at low pH

کلیدواژه‌ها [English]

  • Silica aerogel
  • TEOS
  • Isopropyl alcohol
  • Sol-gel
  • Ambient pressure drying
[1]  A. Soleimani Dorcheh, M.H. Abbasi. Silica aerogel; journal of materials processing technology 199 (2008) 10–26.

[2]  Jyoti L. Gurav, In-Keun Jung, Hyung-Ho Park, Eul Son Kang, and Digambar Y. Nadargi.. Volume 2010, Article ID 409310, 11 pages.

[3]  P.B. Wagh, R. Begag, G.M. Pajonk, A. Venkateswara Rao, D. Materials Chemistry and Physics 57 (1999) 214-218.

[4]  Gun-Soo Kim, Sang-Hoon Hyun.. Journal of Non-Crystalline Solids 320 (2003) 125–132.

[5]  A. Venkateswara Rao, Nagaraja D. Hegde, Hiroshi Hirashima. Journal of Colloid and Interface Science 305 (2007) 124–132.

[6]  Akbar Mohammadi, Jafarsadegh Moghaddas. Synthesis, Chemical engineering research and design (2014).

[7]  Gun S. Kim, Sang H. Hyun. Thin Solid Films 460 (2004) 190–200.

[8]  U. Guenther, I. Smirnova, R.H.H. Neubert. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 69 (2008) 935–942.

[9]  C.C. Li, Y.T. Chen, Y.T. Lin, S.F. Sie, Y.W. Chen-Yang. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 115 (2014) 191– 196.

[10]           Michael A. Marin, Rajendar R. Mallepally, Mark A. McHugh. J. of Supercritical Fluids 91 (2014) 84–89.

[11]           Peter Veres, Ana M. López-Periago, István Lázár, Javier Saurina, Concepción Domingo. International Journal of Pharmaceutics  (2015).

[12]           A. Venkateswara Rao, E. Nilsen, M.-A. Einarsrud. Journal of non-crystalline solid 296(2001)165-171.

[13]           A.Venkateswara Rao , D. Haranath. Microporous and Mesoporous Materials 30 (1999) 267–273.

[14]           Zhi Li, Xudong Cheng, Song He, Dongmei Huang, Haijiang Bi, Hui Yang. Materials Letters 129 (2014)12–15.

[15]           Joanna C.H. Wong, Hicret Kaymak, Samuel Brunner, Matthias M. Koebel. Microporous and Mesoporous Materials 183 (2014) 23–29.

[16]           Song He, Zhi Li, Xiaojing Shi, Hui Yang, Lunlun Gong, Xudong Cheng. Advanced Powder Technology 26 (2015) 537–541.

[17]           Fei Shi, Lijiu Wang, Jingxiao Liu. Materials Letters 60 (2006) 3718–3722.

[18]           A. Parvathy Rao, A. Venkateswara Rao, G.M. Pajonk. Applied Surface Science 253 (2007) 6032–6040.

[19]           Seunghun Lee, Young Chul Cha, Hae Jin Hwang, Ji-Woong Moon, In Sub Han. Materials Letters 61 (2007) 3130–3133.

[20]           Sung-Woo Hwang, Tae-Youn Kim, Sang-Hoon Hyun. Microporous and Mesoporous Materials 130 (2010) 295–302.

[21]           A. Venkateswara Rao, Uzma K.H. Bangi, Mahendra S. Kavale, Hiroaki Imai, H. Hirashima. Microporous and Mesoporous Materials 134 (2010) 93–99.

[22]           Poonam M. Shewale, A. Venkateswara Rao, A. Parvathy Rao. Applied Surface Science 254 (2008) 6902–6907.

[23]           A. Venkateswara Rao • Vinayak V. Ganbavle. Uzma K. H. Bangi • Sunetra L. Dhere. J Porous Mater (2011) 18:751–759.

[24]           Uzma K. H. Bangi A. Parvathy Rao H. Hirashima A. Venkateswara Rao. J Sol-Gel Sci Technol (2009) 50:87–97.

[25]           Pradip B. Sarawade, Jong-Kil Kim, Askwar Hilonga, Hee Taik Kim. Solid State Sciences 12 (2010) 911–918.

[26]           Sergey A. Lermontov,Alena N. Malkova,Lyudmila L. Yurkova,ElenaA.Straumal,NadezhdaN.Gubanova,AlexanderYe.Baranchikov, VladimirK.Ivanov. Materials Letters 116(2014) 116–119.

[27]           Sergey Lermontova, Alena Malkovaa, Lyudmila Yurkovaa, Elena Straumala,Nadezhda Gubanovab, Alexander Baranchikovc, Mikhail Smirnovd,Viktor Tarasovd, Vyacheslav Buznike, Vladimir Ivanov. J. of Supercritical Fluids 89 (2014) 28–32.

[28]           Hosseinali Omranpour, Siamak Motahari. Journal of Non-Crystalline Solids 379 (2013) 7–11.

[29]           Alireza Dourbash, Siamak Motahari, Hosseinali Omranpour. Journal of Non-Crystalline Solids 405 (2014) 135–140.

[30]           Tomasz Błaszczyński, Agnieszka Ślosarczyk, Maciej Morawski. Procedia Engineering 57 ( 2013 ) 200 – 206.

[31]           Marek Stolarski, Jerzy Walendziewski, Mieczysøaw Steininger Barbara Pniak. Applied Catalysis A: General 177 (1999) 139-148.

[32]           Rolf-Michael Jansen, Birgit Kessler; Johann Wonner ,Andreas Zimmermann, United States Patent. Patent Number: 5,811,031. Date of Patent: Sep. 22, 1998.

[33]           Zahra Talebi Mazraeh-shahi, Ahmad Mousavi Shoushtari, Majid Abdouss, Ahmad Reza Bahramian. Journal of Non-Crystalline Solids 376 (2013) 30–37.

[34]           Askwar Hilonga, Jong-Kil Kim, Pradip B. Sarawade, Hee Taik Kim. Journal of Alloys and Compounds 487 (2009) 744–750.

[35]            شمس الدین، مژگان. نصیری زرندی، مسعود. فضلی، مصطفی. کمال الدین، حق بین. مجله علمی- پژوهشی شیمی کاربردی، سال نهم، شماره 33، زمستان 1393.

[36]            محمد تحقیقی حاجی علیزاده، محمد تقی قانعیان، قادر غنی زاده و محمد حسن احرامپوش. بررسی تحلیلی میزان تاثیر pH و pHZPC بر راندمان حذف ارتو فسفات از محیطهای آبی توسط جاذب خاکستر استخوان. چهارمین همایش ملی بهداشت محیط، یزد.

[37]           مریم آقایی و رسول راهنمایی.بررسی اثرات pH و قدرت یونی بر جذب سطحی بور (B) روی کائولینایت. نشریه پژوهش‌های خاک (علوم خاک و آب)/ الف/جلد 28/شماره 3/1393.

[38]           A. Parvathy Rao, A. Venkateswara Rao, G.M. Pajonk. Applied Surface Science 253 (2007) 6032–6040

[39]           علیرضا صلابت. (1390). شیمی سطح؛ مفاهیم و کاربردها؛ با نگرشی بر کاتالیزورهای ناهمگن. اراک. انتشارات دانشگاه اراک.

[40]            جیمز توماس ریچاردسون, ترجمه سعید صاحب دل فر, فریدون یاری پور و مرضیه حمید زاده (1386), اصول توسعه کاتالیست‌ها, انتشارات دانشگاه علامه طباطبایی.

[41]           Carlos Folgar, Diane Folz, Carlos Suchicital, David Clark. Journal of Non-Crystalline Solids 353 (2007) 1483–1490