无机材料制备实验溶胶凝胶法合成莫来石Word文档格式.docx
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（4）硅铝溶胶粘度测量：
乌氏粘度计、精密温度计、秒表、恒温水浴、10ml移液管、止水夹、乳胶管、十字夹、烧瓶夹、50ml烧杯
（5）粒度测量:
激光粒度仪,蒸馏水
（6）红外光谱：
红外光谱分析仪
（7）差热－热重分析：
差热—热重联用仪
四、实验内容
1。
硝酸铝Al（NO3）3﹒9H2O的溶解
用电子天平称量30.0g结晶硝酸铝Al（NO3）3·
9H2O，放入200ml的小烧杯中,加入适量的去离子水，用磁力搅拌机不停搅拌，直至硝酸铝完全溶解。
将硝酸铝溶液移入100ml的容量瓶中，得到浓度约为0。
8mol/L的硝酸铝溶液。
2.硝酸铝溶液中铝含量的测定
A。
硫酸铜标液的配制及标定
配制:
移取实验室提供的0.1mol/L的硫酸铜溶液25mL配制250mL,则所得溶液的浓度约0。
01mol/L。
标定:
（1）从滴定管放出20mL（准确读下体积）的EDTA标液置于锥形瓶中.
（2）加入pH=4.2HAc-NaAc缓冲液15mL，加入5~6滴2g/L的PAN指示剂。
（3）以代标的硫酸铜溶液滴定至溶液的颜色为紫红色为终点，准确记下消耗的硫酸铜标液体积。
（4）计算硫酸铜溶液的浓度。
B。
铝含量的测定
配制：
取配制的约为0。
8mol/L的硝酸铝溶液2。
50ml配制成250ml，则所得溶液的浓度约为0.008mol/L。
（1）移取经过稀释浓度约为0.008mol/L硝酸铝溶液50ml置于250ml锥形瓶中。
（2）加入一定量的EDTA（0.01）标液50mL，加热至70℃左右。
（3）加入15mLpH=4.2HAc-NaAc缓冲液，煮沸2分钟，取下冷却至约80℃。
（4）补加上述缓冲液10mL,加PAN指示剂5～6滴（此时溶液颜色为黄色）。
（5）用0。
01mol/L硫酸铜标液返滴定至溶液呈紫红色为终点,记录硫酸铜用量。
（6）计算硝酸铝溶液的浓度（经过稀释的与原先配制的）。
正硅酸乙酯（TEOS）的预水解
溶胶配比对溶胶-凝胶过程的影响非常重要，当TEOS:
EtOH：
H2O=1:
2：
4时制得清亮稳定溶胶的粘度较低，表明形成胶粒较小,容易凝胶成粉末状，有利于超细粉末的形成.
在100ml的小烧杯中，盛入40ml去离子水与20ml无水乙醇，得到溶液A，移液管移取10.00ml正硅酸乙酯放入小烧杯中，然后用滴管吸取正硅酸乙酯滴至溶液A中，滴定速度50-60d/min，同时用磁力搅拌机不停的搅拌，得到正硅酸乙酯（TEOS）的预水解溶液。
4.硅铝溶胶（酸催化剂）的制备
移取上述配置的浓度约为0.8mol/L（根据上述滴定计算得到精确值、体积为75ml的硝酸铝溶液转移到烧杯中，同时往硝酸铝溶液加入1ml浓度为0.05mol/LHCl.量取相应体积的正硅酸乙酯（TEOS）的预水解溶液（根据莫来石的组成3Al2O3·
2SiO2）；
然后以50—60d/min的速度滴入预先水解的TEOS溶液，边滴边搅拌，同时在50℃-70℃（分组），滴完以后继续搅拌1h，得到硅铝溶胶，烧杯口上用保鲜膜包上，然后放在50℃—70℃（分组）水浴中.
5.硅铝溶胶粘度的测量
（1）硅铝溶胶流出时间t1的测定
溶胶经过50℃-70℃经2h水解聚合后，开启恒温水浴。
并将粘度计垂直安装在恒温水浴中（G球下部位均浸在水中），用移液管吸10ml硅铝溶胶，从A管注入粘度计F球内,在C管和B管干燥清洁橡皮管，并用夹子夹住C管上的橡皮管下端，使其不通大气。
在B管的橡皮管口用吸耳球将水从F球经D球、毛细管、E球抽至G球中部，取下吸耳球，同时松开C管夹子,使其通大气.此时溶液顺毛细管里路下,当液面流经a线处时，立刻按下秒表开始计时，至b处则停止记时。
记下液体流经a、b之间所需要的时间。
重复测定三次，偏差小于0.2S，取其平均值，即为t1值。
（2）毛细管粘度计常数C的确定：
用移液管吸取已经预先恒温好的（25℃）蒸馏水10ml，其粘度为动力粘度（η）,注入粘度计内,同
（1）法，安装粘度计，测定流出时间。
重复测定三次，偏差小于0。
2s,取其平均值，即为t0值。
得到毛细管粘度计常数：
C＝η/t0
其中C-粘度计常数，MPa;
η－蒸馏水的粘度，MPa·
s；
t0－时间，s。
（3）自己查阅50℃，60℃，70℃，80℃（物理化学实验书）时蒸馏水的粘度η0，根据测定的t0与t1，计算
t1时候溶胶粘度η1
η0（50℃）=0.5468×
10—6Mpa·
sη0（60℃）=0。
4665×
s
η0（70℃）=0.4042×
sη0（80℃）=0.3547×
6。
取制备的硅铝溶胶放入100℃左右干燥箱保温24小时，得到硅铝凝胶。
7。
莫来石粉末的烧结
把硅铝凝胶粉末转移至粘土坩锅中，并置于快速升温箱式炉中，经过1250℃热处理温度，再保温2小时,设置升温速率为10℃/min。
8。
硅铝凝胶的DSC—TGA分析
图1硅铝凝胶的DSC—TGA图
干凝胶的DSC—TGA如图1所示，由TGA图可知，在400℃以前失重很快,在400℃以后，试样质量基本不发生变化，这说明在400℃以前湿凝胶已完成脱水、有机质分解挥发等过程，整个煅烧过程试样失重大约在50％左右。
干凝胶的DSC在164、250℃有吸热峰，这主要是脱去残留在网络间隙中的吸附水、结构水、有机质乙醇及产生NO2所致；
在998℃和1158℃处有放热峰,998℃的放热峰被认为是析出硅铝尖晶石晶相时产生的热效应，而1158℃的放热峰被认为是析出莫来石时产生的热效应。
9.莫来石粉末的物相组成分析
图2莫来石粉末的红外光谱图
经过1250℃热处理的莫来石粉末经过研磨，用红外光谱进行物相分析。
图2为所制得的莫来石粉末的红外光谱图。
从图中可以看到，谱图中有多个吸收峰,其中560cm—1吸收带是由Al6－O振动所致，740cm—1和830cm-1吸收带是由Al4－O振动所致，Al6和Al4代表6配位和4配位的铝离子。
Si－O吸收带位于450、900和1000~1200cm-1.
10.硅铝凝胶的粒度分析
用激光粒度仪对制备的莫来石粉末进行粒度测试。
图3莫来石粉末的粒径分布图
图3为所制备的莫来石粉末的粒径分布图。
从图中可以看到，所制备的莫来石粉末呈正态分布，粒径分布较宽，分布在0.7-27μm之间，但大部分分布在1-10μm之间，具有较好的分布形态.
题目无机材料（大）实验
院（系）医药化工学院
班级09高分子材料与工程2班
学号0932240058
姓名李晓明
指导教师闫瑞强陈桂华黄薇雅
姓名：
李晓明学院:
医药化工学院专业：
高分子材料与工程指导教师：
闫瑞强陈桂华黄薇雅
摘要：
莫来石具有优异的高温强度、电绝缘性和化学稳定性，高的抗蠕变性和抗热震稳定性，低的热传导率和热膨胀系数及高温环境中优良的红外透过性等.莫来石陶瓷作为一种高温结构材料受到越来越多的重视，此外，它在光学、电子等方面的应用,也引起人们的极大兴趣。
溶胶凝胶法制备超细粉,是在液相中进行的，混合比较均匀，初始原料在液相中水解成水解产物的各种聚合体，各种聚合体进一步转化为凝胶。
关键词：
1.了解溶胶-凝胶法制备莫来石粉末的过程与原理；
4.学会用红外光谱初步测试无机粉末物相;
6.掌握利用差热-热重联用仪研究样品在温度变化过程中所发生的物理化学变化。
1前言
莫来石具有优异的高温强度、电绝缘性和化学稳定性,高的抗蠕变性和抗热震稳定性,低的热传导率和热膨胀系数及高温环境中优良的红外透过性等。
莫来石陶瓷作为一种高温结构材料也受到越来越多的重视,此外,莫来石陶瓷在光学、电子等方面的应用,也引起人们的极大兴趣。
莫来石有天然产物，但其含量和纯度均不能满足工业需要，为了获得高纯超细的莫来石原料，人们研究了一些特殊的合成工艺。
如水解沉淀法，溶胶－凝胶法，成核生长法,喷雾热分解法，Al2O3和SiO2超细粉末直接合成等。
因凝胶比表面积很大，表面能高,与利用粉体之间固相反应的传统工艺相比，凝胶颗粒自身烧结温度低，其工艺上的优势对陶瓷粉体的工业生长具有重要的意义。
粉料制备过程中无需机械混合，化学成分较均匀.由于转化温度低，可得超细粉末。
本实验采用溶胶－凝胶法合成莫来石微粉.
2实验部分
2.1主要仪器及试剂
1主要仪器
仪器：
电子天平、恒温磁力搅拌机、容量瓶、电炉、量筒、酸式滴定管、铁架台、吸量管、细口试剂瓶、蝴蝶夹、干燥箱、快速升温箱式炉、粘土坩埚、研钵、保鲜膜、秒表、移液管、烧瓶夹、烧杯、激光粒度仪、红外光谱分析仪、差热-热重联用仪
1.2主要试剂
试剂:
硝酸铝、去离子水、PAN指示剂（0.2gPAN溶于100ml乙醇中）、pH=4。
2的HAc—NaAc缓冲溶液、0。
1mol/L硫酸铜溶液、0.1mol/L硫酸铜溶液、0.01mol/L的EDTA标液、正硅酸乙酯（TEOS）、盐酸（0。
1mol/L）、无水乙醇、蒸馏水
2实验原理
在正硅酸乙酯（TEOS）加入水，TEOS开始水解反应，H+取代了TEOS中的烷基（—C2H5），随着水解的进行,发生聚合，小分子不断聚集成大分子,反应在宏观上就是粘度不断增大.由于溶胶中存在大量Al3+,且Al3+有一定夺氧能力,当溶胶聚合,逐渐形成三维网络时，大部分Al3+进入Si—O网络中，一部分Al3+参与结构,形成复杂的-Si-O—Al—O三维无轨网络。
为加快凝胶化的速度，加入酸或碱作为催化剂，形成复杂的—Si—O-Al-O三维无轨网络凝胶经过干燥与烧结过程,得到莫来石粉末。
2.3样品制备
2.3。
1硝酸铝的溶解
用电子天平称量30。
0g结晶硝酸铝Al（NO3）3·
9H2O，放入200ml的小烧杯中，加入适量的去离子水，用磁力搅拌机不停搅拌,直至硝酸铝完全溶解。
3.2硝酸铝溶液中铝含量的测定
A.硫酸铜标液的配制及标定
移取实验室提供的0。
1mol/L的硫酸铜溶液25mL配制250mL，则所得溶液的浓度约0。
标定：
（1）从滴定管放出20mL（准确读下体积）的EDTA标液置于锥形瓶中。
（2）加入pH=4.2HAc-NaAc缓冲液15mL，加入5～6滴2g/L的PAN指示剂.
（3）以代标的硫酸铜溶液滴定至溶液的颜色为紫红色为终点,准确记下消耗的硫酸铜标液体积.
B.铝含量的测定
8mol/L的硝酸铝溶液2.50ml配制成250ml，则所得溶液的浓度约为0。
008mol/L。
（1）移取经过稀释浓度约为0。
008mol/L硝酸铝溶液50ml置于250ml锥形瓶中.
（2）加入一定量的EDTA（0。
01）标液50mL，加热至70℃左右.
（3）加入15mLpH=4。
2HAc—NaAc缓冲液，煮沸2分钟,取下冷却至约80℃.
（4）10mL,加PAN指示剂5～6滴（此时溶液颜色为黄色）。
（5）用0.01mol/L硫酸铜标液返滴定至溶液呈紫红色为终点,记录硫酸铜用量.
2.3.3正硅酸乙酯的预水解
溶胶配比对溶胶—凝胶过程的影响非常重要，当TEOS：
EtOH:
4时制得清亮稳定溶胶的粘度较低,表明形成胶粒较小,容易凝胶成粉末状，有利于超细粉末的形成。
在100ml的小烧杯中，盛入40ml去离子水与20ml无水乙醇，得到溶液A，移液管移取10.00ml正硅酸乙酯放入小烧杯中,然后用滴管吸取正硅酸乙酯滴至溶液A中，滴定速度50—60d/min，同时用磁力搅拌机不停的搅拌，得到正硅酸乙酯（TEOS）的预水解溶液。
4硅铝溶胶的制备
移取上述配置的浓度约为0。
8mol/L（根据上述滴定计算得到精确值、体积为75ml的硝酸铝溶液转移到烧杯中，同时往硝酸铝溶液加入1ml浓度为0.05mol/LHCl.量取相应体积的正硅酸乙酯（TEOS）的预水解溶液（根据莫来石的组成3Al2O3·
然后以50-60d/min的速度滴入预先水解的TEOS溶液，边滴边搅拌，同时在50℃—70℃（分组），滴完以后继续搅拌1h,得到硅铝溶胶，烧杯口上用保鲜膜包上，然后放在50℃-70℃（分组）水浴中。
3.5硅铝溶胶粘度的测量
溶胶经过50℃—70℃经2h水解聚合后,开启恒温水浴。
并将粘度计垂直安装在恒温水浴中（G球下部位均浸在水中），用移液管吸10ml硅铝溶胶，从A管注入粘度计F球内，在C管和B管干燥清洁橡皮管，并用夹子夹住C管上的橡皮管下端,使其不通大气。
在B管的橡皮管口用吸耳球将水从F球经D球、毛细管、E球抽至G球中部,取下吸耳球，同时松开C管夹子，使其通大气.此时溶液顺毛细管里路下，当液面流经a线处时,立刻按下秒表开始计时，至b处则停止记时。
重复测定三次，偏差小于0.2S，取其平均值,即为t1值。
（2）毛细管粘度计常数C的确定:
用移液管吸取已经预先恒温好的（25℃）蒸馏水10ml,其粘度为动力粘度（η），注入粘度计内，同
（1）法，安装粘度计，测定流出时间.重复测定三次，偏差小于0.2s，取其平均值，即为t0值。
其中C-粘度计常数，MPa；
η－蒸馏水的粘度,MPa·
（3）自己查阅50℃,60℃,70℃,80℃（物理化学实验书）时蒸馏水的粘度η0，根据测定的t0与t1，计算
η0（50℃）=0。
5468×
10-6Mpa·
sη0（60℃）=0.4665×
3.6硅铝凝胶制备
7莫来石粉末的烧结
把硅铝凝胶粉末转移至粘土坩锅中，并置于快速升温箱式炉中，经过1250℃热处理温度，再保温2小时，设置升温速率为10℃/min。
4样品表征
4。
1硅铝凝胶的DSC-TGA分析
干凝胶的DSC-TGA如图1所示,由TGA图可知，在400℃以前失重很快，在400℃以后,试样质量基本不发生变化，这说明在400℃以前湿凝胶已完成脱水、有机质分解挥发等过程,整个煅烧过程试样失重大约在50%左右。
干凝胶的DSC在164、250℃有吸热峰,这主要是脱去残留在网络间隙中的吸附水、结构水、有机质乙醇及产生NO2所致；
4.2莫来石粉末的物相组成分析
经过1250℃热处理的莫来石粉末经过研磨,用红外光谱进行物相分析。
图2为所制得的莫来石粉末的红外光谱图.从图中可以看到，谱图中有多个吸收峰，其中510cm—1吸收带是由Al6－O振动所致，680cm—1和750cm-1吸收带是由Al4－O振动所致，Al6和Al4代表6配位和4配位的铝离子。
Si－O吸收带位于450、900和1000～1200cm—1。
4.3莫来石粉末的粒度测试
从图中可以看到，所制备的莫来石粉末呈正态分布，粒径分布较宽，分布在1.8-114.8μm之间，但大部分分布在5。
3—104.9μm之间，具有较好的分布形态。
3结果分析
1硝酸铝溶液中铝含量的测定
1
2
3
Vcuso4初
0。
01ml
0.02ml
0。
01ml
Vcuso4终
26.10ml
26。
12ml
08ml
bVcuso4净
26.09ml
26。
10ml
26.07ml
V平均=（26.09ml+26。
10ml+26。
07ml）/3=26.09ml
CCUSO4稀释=0。
009868mol/l*25ml＊10^-3/26。
09ml＊10^-3=0.009456mol/l
CCUSO4原来=0。
009456mol/l＊10=0。
09456mol/l
由计算得平均偏差为0。
00087
2
Vcuso4初
00ml
02ml
Vcuso4终
12。
88ml
86ml
12.84ml
12.88ml
85ml
82ml
V平均=（12.88ml+12。
85ml+12.82ml）/3=12.85ml
CAL（NO3）3稀释=（0。
05＊CEDTA—CCUSO4＊V平均）/0.05=（0。
05＊0.009868mol/l-0。
009456mol/l*12.85ml＊10^-3）/0。
05=0.007438mol/l
CAL（NO3）3原来=0.007438mol/l＊100=0.7438mol/l
00092
2正硅酸乙酯（TEOS）的预水解
nAL=0.075＊CAL（NO3）3原来=0.075l＊0.7438mol/l=0。
05579mol
nSi=1/3nAL=0。
01859mol
nSi=nTEOS
VTEOS=nTEOS＊MTEOS/PTEOS=0.01859mol*208.33/0。
932=4。
16ml
VETOH=8。
32ml
VH2O=16.64ml
3.3硅铝溶胶粘度的测量
注:
数据均在70℃下测得
（1）硅铝溶胶流出时间t1的测定
T1=99。
15s
T2=99。
22s
T3=93.08s
T平均=99.15s
T1=56。
28s
T2=56.30s
T3=56。
25s
T0平均=56.28s
C=η/T0平均=0.4042×
s/56。
28s=0.007182*10^-6Mpa
η=C*T平均=0。
007182*10^-6Mpa*99。
15s=0.7121*10^-6Mpa·
s
4结论（四号）
这次做完无机大实验，自己感觉收益很多!
主要是因为通过这次做实验,我认识到了自己以前做实验中的不足.由于以前对做实验认识不足，随便自己怎么做，感觉只要完成老师布置的任务就可以了，对于实验中老师的讲解和注意的细节没有多大的重视，好多仪器不知道名字也不知道正确的使用方法.这次实验中，自己的不足全都展现了出来.
以后自己对待实验要同样认真，不管是书上写的，还是老师讲的都要理解,之后认真完成实验！
不断提高自己,争取做的更好！
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