کلمات کلیدی: ژل آلومینا، پارامترهای موثر، نقطه ی ژلی شدن، فوق بحرانی، کربن دی اکسید، ایروژلفهرست مطالبعنوان شماره صفحه1-1- سل- ژل.. 21-1-1- تاریخچه فرآیند سل- ژل.. 31-1-2- مراحل فرآيند سل ژل.. 41-1-3- تشکيل سل.. 41-1-4- تشکيل ژل.. 61-1-5- مزایای روش سل- ژل.. 81-2- پیرسازی.. 91-3- خشک کردن.. 91-3-1- خشک کردن محیطی.. 91-3-2- خشک کردن فوق بحرانی.. 101-3-3- سایر روش ها.. 121-4- ایروژل.. 121-4-1- تاریخچه ایروژل.. 131-4-2- خواص ایروژلها.. 131-4-3- انواع ایروژل.. 141-4-4- کاربرد ایروژلها.. 161-5- ایروژل آلومینا.. 171-6- معرفی سیال فوق بحرانی.. 181-6-1- تاریخچه سیال فوق بحرانی.. 191-6-2- کاربرد سیال فوق بحرانی.. 202-1- اهداف پایان نامه.. 323-1- تجهیزات لازم.. 343-1-1- همزن مغناطیسی هیتر دار.. 343-1-2- دستگاه خشک کن فوق بحرانی.. 353-1-3- سایر وسایل آزمایشگاهی.. 383-2- مواد.. 393-2-1- آلومینیوم تری سک بوت اکساید.. 393-2-2- حلال.. 393-2-3- اسید.. 403-2-4- آب دوبار تقطیر.. 403-3- روش انجام آزمایش.. 403-3-1- تهیه ژل.. 403-3-2- خشک کردن ژل.. 484. فصل چهارم: نتایج و بحث 494-1- بررسی زمان تشکیل ژل آلومینا.. 504-1-1- مقایسه بین هیدرولیز یک مرحلهای و دو مرحلهای.. 504-1-2- بررسی تاثیر مقدار اسید.. 504-1-3- بررسی تاثیر نسبت مولی آب به پیشماده.. 534-1-4- بررسی تاثیر دما.. 554-1-5- بررسی تاثیر غلظت اولیه محلول.. 564-1-6- مقایسه بین اسید نیتریک و استیک اسید در واکنش هیدرولیز 574-2- بررسی خشک کردن ژل آلومینا.. 585-1- نتیجهگیری.. 635-2- پیشنهادات.. 636. مراجع 647. پیوست 1 68 فهرست جداولعنوان شماره صفحه جدول 2‑1: مقایسه خواص ژل خشک شده به سه روش مختلف 26جدول 2‑2: مورفولوژی و اندازه ذره زیروژل در pH های مختلف 31جدول 3‑1: سایر وسایل بکار رفته 39جدول 3‑2: هیدرولیز یک مرحلهای و دو مرحلهای سنتز ژل آلومینا با غلظت 16 درصد وزنی پیش ماده به حلال 44جدول 3‑3: مقادیر مختلف اسید در سنتز ژل با غلظت 16 درصد وزنی پیشماده به حلال در محلول اولیه و هیدرولیز یک مرحلهای 45جدول 3‑4: مقادیر مختلف نسبت مولی آب به پیشماده با غلظت 16 درصد وزنی پیش ماده به حلال در محلول اولیه به روش هیدرولیز یک مرحلهای 46جدول 3‑5: هیدرولیز یک مرحلهای با غلظت 16 درصد وزنی پیشماده به حلال در محلول اولیه در دو دمای 32 و 60 درجه سانتیگراد 47جدول 3‑6: هیدرولیز یک مرحله ای پیش ماده در غلظت های مختلف پیشماده به حلال در محلول اولیه 47جدول 3‑7: بکار بردن استیک و نیتریک اسید در هیدرولیز دو مرحله ای با غلظت 16 در صد وزنی پیشماده به حلال در محلول اولیه 48جدول 4‑1: نتایج حاصل از هیدرولیز یک و دو مرحله ای پیشماده 50جدول 4‑2: نتایج حاصل از آزمایش سنتز ژل در مقادیر مختلف اسید 51جدول 4‑3: نتایج حاصل از آزمایش سنتز ژل در نسبتهای مختلف مولی آب به پیشماده 53جدول 4‑4: نتایح حاصل از هیدرولیز در دو دمای 32 و 60 درجه سانتیگراد 55جدول4‑5: نتایج حاصل از هیدرولیز با غلظتهای مختلف پیشماده 56عنوان شماره صفحه شکل 1‑1: نمای کلی روش سل- ژل 2شکل 1‑2 : نمای کلی از واکنش هيدروليز 5شکل 1‑3 : تصوير مدل سه بعدی مربوط به واکنش تراکم 7شکل 1‑4 : نمای کلی مراحل مختلف واکنش سل- ژل 8شکل 1‑5 : نمودار فازی فشار- دما برای رسيدن به شرايط بحرانی 11شکل 1‑6 : ایروژل تهيه شده از ملامين با فرمالدهید 15شکل 2‑1: نمایش رفتار ژل آلومینا تحت تاثیرpH 31شکل 3‑1: همزن مغناطیسی هیتر دار 34شکل 3‑2: نمای شماتیک دستگاه آزمایشگاهی خشک کن فوق بحرانی 35شکل 3‑3: نمائی از دستگاه آزمایشگاهی خشک کن فوق بحرانی 36شکل 3‑4: رآکتور 36شکل 3‑5: حمام پارافین 37شکل 3‑6: پمپ خلا 38شکل 3‑7: محلول بعد از اضافه کردن اسید 41شکل 3‑8: تشکیل میسل 41شکل 3‑9: سل تشکیل شده از میسل ها 42شکل 3‑10: تشکیل ژل و رسوب ژلهای یا لخته از سل 42شکل 3‑11: لایه کاتیونی-آنیونی تشکیل شده اطراف میسل 43شکل 4‑1: سل آلومینا قبل از اضافه کردن اسید 57شکل 4‑2: سل آلومینا بعد از افزودن اسید a: نیتریک اسید b: استیک اسید 57شکل 4‑3: آنالیز SEM ژل آلومینا خشک شده در a) شرایط محیط b) شرایط فوق بحرانی 60شکل 4‑4: آنالیز SEM ژل آلومینا خشک شده در a) شرایط محیط b) شرایط فوق بحرانی 61شکل پ1‑1: سل حاصل از حلال متانول 68شکل پ1‑2: سل حاصل از حلال استن 69شکل پ1‑3: سل حاصل از حلال اتانول 69 فهرست نمودار هاعنوان شماره صفحه نمودار 2‑1: حجم نسبی ژل بر حسب نسبت مولی اسید به هیدروکسید 24نمودار 2‑2: تاثیر دمای کلسیناسیون روی مساحت ویژه ایروژل در سه چگالی مختلف 27نمودار 4‑1: زمان تشکیل ژل بر حسب حجم اسید در نسبت مولی آب به پیشماده برابر با 2 و دمای 32 درجه سانتیگراد 51نمودار 4‑2: جرم رسوب تشکیل شده بر حسب حجم اسید در نسبت مولی آب به پیشماده برابر با 2 و دمای 32 درجه سانتیگراد 52نمودار 4‑3: زمان تشکیل ژل بر حسب نسبت مولی آب به پیشماده در دمای 32 درجه سانتی گراد و 5/0میلیلیتر اسید نیتریک 54 نمودار 4‑4: جرم رسوب تشکیل یافته بر حسب نسبت مولی آب به پیشماده در دمای 32 درجه سانتی گراد و 5/0میلیلیتر اسیدنیتریک 54نمودار 4‑5: تغییرات دما و فشار راکتور بر حسب زمان خشک کردن ژل آلومینا 58فرآيند سل- ژل[1] يک روش شيميايی تر[2] برای سنتز انواع نانوساختارها به ويژه نانوذرات اکسيد فلزی می باشد. در اين روش پيش ماده مولکولی (معموﻻً آلکوکسيد فلزی) در آب يا آلکل حل شده و با حرارت و همزدن در اثر هيدروليز/الکليز به ژل تبديل میشود. شکل 1-1 نمای کلی از فرآیند سل- ژل را نشان میدهد (Niederberger and Pinna, 2009). شکل1-1: نمای کلی روش سل- ژل (Niederberger andPinna, 2009) 1-1-1- تاریخچه فرآیند سل- ژلبرای نخستین بار در سال 1845 ابلمن[3] به طور اتفاقی مشاهده کرد که تتراکلريد سيليکون(SiCl4)که در ظرفی رها شده بود، ابتدا هيدروليز و سپس به ژل تبديل شد. حدود یک قرن روش سل- ژل فقط مورد توجه شیمیدانها بود اما در سال 1930 شرکت شات از روش سل- ژل برای پوشش شیشه های صنعتی از لایههای اکسید با استفاده از ترکیبات فلز به عنوان پیش ماده استفاده کرد. در سال 1950 مطالعات گستردهای در زمينه سنتز سراميکها و ساختارهای شيشه ای با استفاده از اين روش آغاز شد. روی و همکارش[4] یک روش برای سنتز ترکیبات اکسید سرامیک با استفاده از فرآیند سل- ژل پیشنهاد کردند که محصول نهایی نسبت به روشهای دیگر همگنتر بود.ژلهای معدنی از نمکهای چند آبه برای مدت زمان زیادی مورد مطالعه قرار گرفت. گراهام نشان داد آب داخل سیلیکا ژل میتواند با حلالهای آلی جایگزین شود که تئوری ساختار متخلخل شبکهی جامد ژل را تائید میکرد. در حالی که تئوریهای دیگر ساختار ژل را به عنوان یک سل لخته شده که ذرات آن با یک لایه آب احاطه شده است یا یک امولسین در نظر میگرفتند. در دههی 1930 ساختار شبکهای و متخلخل ژل به طور گستردهای مورد قبول قرار گرفت که حاصل تلاش زیاد هارد بود. سنتز ایروژل به کمک خشک کردن ژل با استفاده از سیال فوق بحرانی توسط کیسلر[5] در سال 1932 نیز مهر تائیدی بر ساختار شبکهای ژل بود. همزمان تولید پودر همگن از ژل و سل برای مطالعه در زمینه تعادل فازی مورد توجه بسیاری قرار گرفت. شايان ذکر است که با اين روش، بسياری از اکسيدهای غيرآلی مانند TiO2، SiO2، ZrO2 سنتز شدند(Brinker and Schere,1990). 1-1-2- مراحل فرآيند سل ژلبرای توليد محصول به روش سل- ژل ﻻزم است ابتدا مقدمات و شرايط ﻻزم برای واکنشها فراهم شود.تهيه محلول همگن[6]:ﻻزم است تا در ابتدا يک محلول همگن شامل حلال و پيش مادههايی که قرار است در طول فرآيند، محصول نهايی را شکل دهند آماده گردد. برای اين کار ابتدا حلال(آب، الکل، حلالهای آلی يا نسبتی از آنها) و پيش مادهدر يک ظرف مخلوط میشوند تا محلول همگن حاصل شود. گاهی ﻻزم است تا از ترکيب دو حلال با نسبتهای معين استفاده شود تا پيش مادهها به طور کامل در آن حل و محلول همگن حاصل شود. به عنوان مثال برخی از پيش مادههای آلی فلزی ابتدا بايد در يک حلال آلی قابل حل در آب حل و سپس محلول حاصل در آب حل شود.اما در مواردی که پيش ماده مورد نظر نمک فلزی باشد به طور مستقيم در آب قابل حل بوده و نيازی به حلال آلی وجود ندارد.پيش مادههای آلکوکسيدی بيشتر مورد استفاده قرار می گيرند اما می تواند به طريق ديگری غير از مسير الکوکسيدی نيز روش سل – ژل پيش برود که به آن مسير کلوئيدی گفته می شود (Niederberger andPinna, 2009).