PL217560B1 - Sposób wzmacniania wytrzymałości mechanicznej monolitów krzemionkowych zwłaszcza o multimodalnej strukturze porowatej otrzymywanych metodą zol-żel - Google Patents
Sposób wzmacniania wytrzymałości mechanicznej monolitów krzemionkowych zwłaszcza o multimodalnej strukturze porowatej otrzymywanych metodą zol-żelInfo
- Publication number
- PL217560B1 PL217560B1 PL395270A PL39527011A PL217560B1 PL 217560 B1 PL217560 B1 PL 217560B1 PL 395270 A PL395270 A PL 395270A PL 39527011 A PL39527011 A PL 39527011A PL 217560 B1 PL217560 B1 PL 217560B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- sol
- monolith
- mechanical strength
- porous structure
- monoliths
- Prior art date
Links
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 12
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 title claims description 11
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 title claims description 4
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 title 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 10
- 229910052878 cordierite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N dimagnesium dioxido-bis[(1-oxido-3-oxo-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3-disila-5,7-dialuminabicyclo[3.3.1]nonan-7-yl)oxy]silane Chemical compound [Mg++].[Mg++].[O-][Si]([O-])(O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2)O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2 JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims 1
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical group O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N tetramethyl orthosilicate Chemical compound CO[Si](OC)(OC)OC LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000012669 compression test Methods 0.000 description 1
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Description
Opis wynalazku
Otrzymywanie krzemionkowych monolitów o hierarchicznej strukturze porowatej, będących produktem równolegle przebiegających procesów żelowania i separacji fazowej, znane jest z publikacji
Nakanishi i wsp. [1] oraz Smatt i wsp. [2], Otrzymane w ten sposób porowate monolity charakteryzują się jednak niewielką wytrzymałością mechaniczną, co ogranicza ich praktyczne wykorzystanie i uniemożliwia znaczące powiększanie wymiarów. Duża porowatość, przekraczająca w niektórych przypadkach 80% [3], utrudnia także uzyskanie materiałów stabilnych pod względem mechanicznym. W literaturze niewiele miejsca poświęca się własnościom mechanicznym materiałów o multimodalnej strukturze porowatej. Co prawda znane są sposoby zwiększania ich wytrzymałości poprzez wysokotemperaturowe spiekanie i/lub dodatkowe wprowadzanie prekursorów krzemionki (tetraetoksysilan, TEOS) [4] bądź proszkowanie, a następnie prasowanie otrzymanych proszków w podwyższonej temperaturze [5]. Jednakowoż, w metodach tych poprawa wytrzymałości mechanicznej odbywa się kosztem parametrów tekstury - powierzchni właściwej oraz objętości porów, a przez to obniża funkcjonalność tak otrzymanych materiałów, np. jako nośników katalizatorów.
Innym sposobem zwiększania wytrzymałości mechanicznej, który dodatkowo chroni monolity przed nadmiernym kruszeniem, nie zmieniając ich wewnętrznej struktury porowatej, jest wprowadzanie monolitów do polimerowych osłon termokurczliwych [6] i/lub otoczenie zewnętrznej powierzchni warstwą polimeru [3]. Sposób ten wymaga jednak dodatkowych zabiegów technicznych i najczęściej ogranicza pracę monolitu do temperatur nie przekraczających 80°C.
Dotychczas nie są znane możliwości wzmacniania wytrzymałości porowatych monolitów krzemionkowych otrzymywanych metodą zol-żelową poprzez wbudowanie ich w inne monolity, np. wytworzone z kordierytu (5SiO22Al2O32MgO) i otrzymanie struktury „monolit w monolicie”.
Stwierdzono nieoczekiwanie, że możliwe jest otrzymanie struktury „monolit w monolicie” oraz, że w przypadku wykorzystania monolitu kordierytowego prowadzi to do zwiększenia wytrzymałości mechanicznej porowatych monolitów krzemionkowych. Wykazały to eksperymenty w których żelowania prowadzono w kanałach ceramicznego monolitu kordierytowego o rozmiarze kanałów 1,5x1,5 mm.
Sposób według wynalazku polega na tym, że przygotowany wcześniej zol reakcyjny znajdujący się w naczyniu wprowadza się do kanalików monolitu ceramicznego, korzystnie kordierytowego, przez jego zanurzenie w tym naczyniu tak, aby monolit ceramiczny został całkowicie zanurzony w zolu i otrzymuje się w ten sposób układ zol w monolicie ceramicznym, który poddaje się procesom żelowania w temperaturze 30-80°C przez okres co najmniej 2 dni, suszeniu, a następnie obróbce posyntezowej i/lub kalcynacji otrzymując porowaty monolit krzemionkowy wewnątrz monolitu ceramicznego.
Sposób według wynalazku dotyczy krzemionki o multimodalnej stru kturze porowatej, a także może być zastosowany do wzmacniania struktury kruchych i labilnych monolitów tlenkowych o dużej porowatości otrzymywanych metodą zol-żelową.
Wynalazek pozwala na rezygnację z pokrywania materiałów dodatkowymi powłokami ochronnymi dla utwardzenia i wzmocnienia struktury ich zewnętrznych ścianek i co nie niemniej ważne nie zmienia porowatości oraz parametrów tekstury wewnętrznych monolitów. Umożliwia tym samym technologicznie prosty i efektywny sposób poprawy wytrzymałości i trwałości monolitów zol-żelowych, zwiększając tym samym ich funkcjonalność, a także otrzymanie monolitów o znacznie większych rozmiarach.
P r z y k ł a d
W mieszaninie reakcyjnej (zol) o składzie molowym H2O:HNO3:TEOS/TMOS:PEG:CTAB (woda, kwas azotowy, tetraetoksysilan/tetrametoksysilan, glikol polietylenowy o masie cząsteczkowej z zakresu 6000-35000, bromek cetylotrimetyloamoniowy) w zakresie 5-25:0-2:0,14:0-1:0-1 znajdującej się w zlewce o średnicy 35 mm oraz wysokości 50 mm, zanurzono monolit wykonany z kordierytu o kształcie walca w taki sposób, aby monolit był całkowicie zalany zolem, a jego wierzchołek znajdował się kilka mm poniżej lustra zolu. Tak otrzymany układ przykryto szczelnie parafilmem i poddano procesowi żelowania i starzenia w temperaturze 40°C przez okres 7 dni. Wytworzony alkożel przepłukano kilkakrotnie wodą destylowaną i wprowadzono do pojemnika polipropylenowego wypełnionego 1M roztworem amoniaku, o objętości dziesięciokrotnie większej od objętości wprowadzonego monolitu. Pojemnik ten umieszczono następnie w suszarce i przetrzymywano w temperaturze 90°C przez 9 godzin. Potem monolit przemyto kilkakrotnie wodą destylowaną, a następnie suszono w otwartych zlewkach przez 3 dni w temperaturze 60°C. Po wysuszeniu monolit kalcynowano w piecu w temperaturze 550°C przez 5h, z szybkością nagrzewania 45°C/godz.
PL 217 560 B
Otrzymaną strukturę typu „monolit w monolicie” zbadano metodą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM). Potwierdzono również przyleganie szkieletu krzemionki do ścianek monolitu ceramicznego na całej jego długości skanując przekroje poprzeczne przy użyciu tomografii komputerowej. Wyznaczono wytrzymałość mechaniczną powstałego układu monolitów przeprowadzając test na ściskanie. Wytworzony hybrydowy monolit kordieryt/krzemionka charakteryzuje się wysoką wytrzymało2 ścią na ściskanie wynoszącą 1 kN/cm2, przewyższając ok. dziesięciokrotnie wytrzymałość monolitów krzemionkowych otrzymanych z identycznego układu reakcyjnego ale bez wzmacniania ich struktury.
[1] K. Nakanishi, J. Porous Mater. 1997, 4, 67.
[2] J.H. Smatt, S. Schunk, M. Liden, Chem. Mater. 2003. 15. 2354.
[3] W. Pudło, Otrzymywanie i właściwości porowatych monolitów tlenkowych - prekursorów mikroreaktorów chemicznych, Rozprawa doktorska, Gliwice 2010.
[4] A. Ahmed, R. Clowes, P. Myers, H. Zhang5 J. Mater. Chem. 2011, 21, 5753.
[5] P.O. Vasiliev, Z. Shen, R.P. Hodkings, L. Bergstrom, Chem. Mater. 2006, 18, 4933.
[6] A. Sachse, A. Galarneau, F. Fajula, F. Di Renzo, P. Creux, B. Coq, Microporous and Mesoporous Materials 2011, 140, 58.
Claims (1)
- Zastrzeżenie patentoweSposób wzmacniania wytrzymałości mechanicznej monolitów krzemionkowych zwłaszcza o multimodalnej strukturze porowatej otrzymywanych metodą zol-żel, znamienny tym, że przygotowany wcześniej zol reakcyjny znajdujący się w naczyniu wprowadza się do kanalików monolitu ceramicznego, korzystnie kordierytowego, przez jego zanurzenie w tym naczyniu tak, aby monolit ceramiczny został całkowicie zanurzony w zolu otrzymujący układ zol w monolicie ceramicznym poddaje się procesom żelowania w temperaturze 30-80°C przez okres co najmniej 2 dni, suszeniu, a następnie obróbce posyntezowej i/lub kalcynacji otrzymując porowaty monolit krzemionkowy wewnątrz monolitu ceramicznego.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL395270A PL217560B1 (pl) | 2011-06-15 | 2011-06-15 | Sposób wzmacniania wytrzymałości mechanicznej monolitów krzemionkowych zwłaszcza o multimodalnej strukturze porowatej otrzymywanych metodą zol-żel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL395270A PL217560B1 (pl) | 2011-06-15 | 2011-06-15 | Sposób wzmacniania wytrzymałości mechanicznej monolitów krzemionkowych zwłaszcza o multimodalnej strukturze porowatej otrzymywanych metodą zol-żel |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL395270A1 PL395270A1 (pl) | 2012-12-17 |
| PL217560B1 true PL217560B1 (pl) | 2014-07-31 |
Family
ID=47392347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL395270A PL217560B1 (pl) | 2011-06-15 | 2011-06-15 | Sposób wzmacniania wytrzymałości mechanicznej monolitów krzemionkowych zwłaszcza o multimodalnej strukturze porowatej otrzymywanych metodą zol-żel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL217560B1 (pl) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL447589A1 (pl) * | 2024-01-24 | 2025-07-28 | Politechnika Śląska | Sposób zmiany wielkości makroporów zwłaszcza w materiałach otrzymywanych metodami separacji fazowej i techniką zol-żel |
| PL447587A1 (pl) * | 2024-01-24 | 2025-07-28 | Politechnika Śląska | Sposób wytwarzania wielokanałowego mikroreaktora chemicznego o hierarchicznej strukturze porowatej typu rdzeń-powłoka |
-
2011
- 2011-06-15 PL PL395270A patent/PL217560B1/pl not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL447589A1 (pl) * | 2024-01-24 | 2025-07-28 | Politechnika Śląska | Sposób zmiany wielkości makroporów zwłaszcza w materiałach otrzymywanych metodami separacji fazowej i techniką zol-żel |
| PL447587A1 (pl) * | 2024-01-24 | 2025-07-28 | Politechnika Śląska | Sposób wytwarzania wielokanałowego mikroreaktora chemicznego o hierarchicznej strukturze porowatej typu rdzeń-powłoka |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL395270A1 (pl) | 2012-12-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Alauzun et al. | Novel monolith-type boron nitride hierarchical foams obtained through integrative chemistry | |
| Grosso et al. | Two-dimensional hexagonal mesoporous silica thin films prepared from block copolymers: detailed characterization and formation mechanism | |
| Feng et al. | Synthesis, structure, and properties of silicon oxycarbide aerogels derived from tetraethylortosilicate/polydimethylsiloxane | |
| KR102576553B1 (ko) | 주위 압력에서 실리카를 기재로 하는 절연-재료 성형체를 소수성화시키는 방법 | |
| Caruso et al. | Silica films with bimodal pore structure prepared by using membranes as templates and amphiphiles as porogens | |
| Pons et al. | A new route to aerogels: Monolithic silica cryogels | |
| Zheng et al. | Assembly of silica aerogels within silica nanofibers: towards a super-insulating flexible hybrid aerogel membrane | |
| JP2020523501A (ja) | 硬化表面を有するコア疎水性断熱板 | |
| CN101387019A (zh) | 介孔二氧化硅分子筛纤维的制备方法 | |
| Ma et al. | Large size and low density SiOC aerogel monolith prepared from triethoxyvinylsilane/tetraethoxysilane | |
| KR101800938B1 (ko) | 소수성의 실리카 에어로겔의 제조방법 및 이로부터 제조된 소수성의 실리카 에어로겔 | |
| Sun et al. | A novel aerogels/porous Si3N4 ceramics composite with high strength and improved thermal insulation property | |
| JP6263189B2 (ja) | 有機モノリスゲル用の断熱性組成物、その使用およびそれを調製する方法 | |
| KR102638656B1 (ko) | 도액, 도막의 제조 방법 및 도막 | |
| Park et al. | Process development of fabricating ceramic core using 3D printing technique | |
| Woignier et al. | Aerogel processing | |
| PL217560B1 (pl) | Sposób wzmacniania wytrzymałości mechanicznej monolitów krzemionkowych zwłaszcza o multimodalnej strukturze porowatej otrzymywanych metodą zol-żel | |
| Zhu et al. | Synthesis and thermal insulation performance of silica aerogel from recycled coal gangue by means of ambient pressure drying | |
| CN104494225B (zh) | 可加工氧化硅气凝胶复合刚性隔热瓦及其制备方法 | |
| Smått et al. | Hierachically porous nanocrystalline cobalt oxide monoliths through nanocasting | |
| US9315632B1 (en) | Process for preparing epoxy-reinforced silica aerogels | |
| Hong et al. | Porous silica aerogel/honeycomb ceramic composites fabricated by an ultrasound stimulation process | |
| JP2005219955A (ja) | 結晶性無機多孔質材料およびその製造方法 | |
| KR102025607B1 (ko) | 소수성 구형 은나노 실리카 에어로겔 과립의 제조방법 | |
| KR101623910B1 (ko) | 제올라이트 성형입자의 제조방법 및 상기 제조방법에 의해 제조된 제올라이트 성형입자 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Decisions on the lapse of the protection rights |
Effective date: 20140615 |