1

1-1- سل- ژل. 2
1-1-1- تاریخچه فرآیند سل- ژل. 3
1-1-2- مراحل فرآیند سل ژل. 4
1-1-3- تشکیل سل.. 4
1-1-4- تشکیل ژل. 6
1-1-5- مزایای روش سل- ژل. 8
1-2- پیرسازی.. 9
1-3- خشک کردن. 9
1-3-1- خشک کردن محیطی.. 9
1-3-2- خشک کردن فوق بحرانی.. 10
1-3-3- سایر روش ها 12
1-4- ایروژل. 12
1-4-1- تاریخچه ایروژل. 13
1-4-2- خواص ایروژلها 13
1-4-3- انواع ایروژل. 14
1-4-4- کاربرد ایروژلها 16
1-5- ایروژل آلومینا 17
1-6- معرفی سیال فوق بحرانی.. 18
1-6-1- تاریخچه سیال فوق بحرانی.. 19
1-6-2- کاربرد سیال فوق بحرانی.. 20

2. فصل دوم: پیشینه تحقیق                                                                                24

2-1- اهداف پایان نامه. 32

3. فصل سوم: مطالعات آزمایشگاهی 33

3-1- تجهیزات لازم. 34
3-1-1- همزن مغناطیسی هیتر دار 34
3-1-2- دستگاه خشک کن فوق بحرانی.. 35
3-1-3- سایر وسایل آزمایشگاهی.. 38
3-2- مواد. 39
3-2-1- آلومینیوم تری سک بوت اکساید. 39
3-2-2- حلال. 39
3-2-3- اسید. 40
3-2-4- آب دوبار تقطیر. 40

3-3- روش انجام آزمایش… 40
3-3-1- تهیه ژل. 40
3-3-2- خشک کردن ژل. 48

4. فصل چهارم: نتایج و بحث 49

4-1- بررسی زمان تشکیل ژل آلومینا 50
4-1-1- مقایسه بین هیدرولیز یک مرحله­ا­­ی و دو مرحله­ای.. 50
4-1-2- بررسی تاثیر مقدار اسید. 50
4-1-3- بررسی تاثیر نسبت مولی آب به پیش­ماده 53
4-1-4- بررسی تاثیر دما 55
4-1-5- بررسی تاثیر غلظت اولیه محلول. 56
4-1-6- مقایسه بین اسید نیتریک و استیک اسید در واکنش هیدرولیز. 57
4-2- بررسی خشک کردن ژل آلومینا 58

5. فصل پنجم: نتیجه­گیری 62

5-1- نتیجه­گیری.. 63
5-2- پیشنهادات.. 63

6. مراجع                                     64

6. پیوست 1    68

 
 
فهرست جداول
عنوان                                                                                                                        شماره صفحه                                                                         
جدول ‎2‑1: مقایسه خواص ژل خشک شده به سه روش مختلف   26
جدول ‎2‑2: مورفولوژی و اندازه ذره زیروژل در pH های مختلف   31
جدول ‎3‑1: سایر وسایل بکار رفته  39
جدول ‎3‑2: هیدرولیز یک مرحلهای و دو مرحلهای سنتز ژل آلومینا با غلظت 16 درصد وزنی پیش ماده به حلال  44
جدول ‎3‑3: مقادیر مختلف اسید در سنتز ژل با غلظت 16 درصد وزنی پیشماده به حلال در محلول اولیه و هیدرولیز یک مرحلهای   45
جدول ‎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   46
جدول ‎3‑5: هیدرولیز یک مرحلهای با غلظت 16 درصد وزنی پیش­ماده به حلال در محلول اولیه در دو دمای 32 و 60 درجه سانتیگراد  47
جدول ‎3‑6: هیدرولیز یک مرحله ای پیش ماده در غلظت های مختلف پیشماده به حلال در محلول اولیه  47
جدول ‎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  48
جدول ‏4‑1: نتایج حاصل از هیدرولیز یک و دو مرحله ای پیش­ماده 50
جدول ‏4‑2: نتایج حاصل از آزمایش سنتز ژل در مقادیر مختلف اسید  51
جدول ‏4‑3: نتایج حاصل از آزمایش سنتز ژل در نسبت­های مختلف مولی آب به پیش­ماده 53
جدول ‏4‑4: نتایح حاصل از هیدرولیز در دو دمای 32 و 60 درجه سانتیگراد  55
جدول ‏4‑5: نتایج حاصل از هیدرولیز با غلظت­های مختلف پیش­ماده 56
فهرست شکل ها
عنوان                                                                                                                        شماره صفحه                                                                         
شکل ‏1‑1: نمای کلی روش سل- ژل  2
شکل ‏1‑2 : نمای کلی از واکنش هیدرولیز  5
شکل ‏1‑3 : تصویر مدل سه بعدی مربوط به واکنش تراکم  7
شکل ‏1‑4 : نمای کلی مراحل مختلف واکنش سل- ژل  8
شکل ‏1‑5 : نمودار فازی فشار- دما برای رسیدن به شرایط بحرانی   11
شکل ‏1‑6 : ایروژل تهیه شده از ملامین با فرمالدهید  15
شکل ‎2‑1: نمایش رفتار ژل آلومینا تحت تاثیرpH   31
شکل ‎3‑1: همزن مغناطیسی هیتر دار 34
شکل ‎3‑2: نمای شماتیک دستگاه آزمایشگاهی خشک کن فوق بحرانی   35
شکل ‎3‑3: نمائی از دستگاه آزمایشگاهی خشک کن فوق بحرانی   36
شکل ‎3‑4: رآکتور 36
شکل ‎3‑5: حمام پارافین   37
شکل ‎3‑6: پمپ خلا  38
شکل ‎3‑7: محلول بعد از اضافه کردن اسید  41
شکل ‎3‑8:  تشکیل میسل   41
شکل ‎3‑9: سل تشکیل شده از میسل ها 42
شکل ‎3‑10: تشکیل ژل و رسوب ژله­ای یا لخته از سل   42
شکل ‎3‑11: لایه کاتیونی-آنیونی تشکیل شده اطراف میسل   43
شکل ‏4‑1: سل آلومینا قبل از اضافه کردن اسید  57
شکل ‏4‑2: سل آلومینا بعد از افزودن اسید a: نیتریک اسید b: استیک اسید  57
شکل ‏4‑3: آنالیز SEM ژل آلومینا خشک شده در a) شرایط محیط b) شرایط فوق بحرانی   60
شکل ‏4‑4: آنالیز SEM ژل آلومینا خشک شده در a) شرایط محیط b) شرایط فوق بحرانی   61
شکل ‏پ1‑1: سل حاصل از حلال متانول  68
شکل ‏پ1‑2: سل حاصل از حلال استن   69
شکل ‏پ1‑3: سل حاصل از حلال اتانول  69
فهرست نمودار ها 
عنوان                                                                                                                        شماره صفحه                                                                      
نمودار ‎2‑1: حجم نسبی ژل بر حسب نسبت مولی اسید به هیدروکسید 24
نمودار ‎2‑2: تاثیر دمای کلسیناسیون روی مساحت ویژه ایروژل در سه چگالی مختلف  27
نمودار ‏4‑1: زمان تشکیل ژل بر حسب حجم اسید در نسبت مولی آب به پیش­ماده برابر با 2 و دمای 32 درجه سانتیگراد  51
نمودار ‏4‑2: جرم رسوب تشکیل شده بر حسب حجم اسید در نسبت مولی آب به پیش­ماده برابر با 2 و دمای 32 درجه سانتیگراد  52
نمودار ‏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    54
نمودار ‏4‑5: تغییرات دما و فشار راکتور بر حسب زمان خشک کردن ژل آلومینا 58

1-1- سل- ژل

فرآیند سل- ژل[1] یک روش شیمیایی تر[2] برای سنتز انواع نانوساختار­ها به ویژه نانوذرات اکسید فلزی می باشد. در این روش پیش ماده مولکولی (معموﻻً آلکوکسید فلزی) در آب یا آلکل حل شده و با حرارت و همزدن در اثر هیدرولیز/الکلیز به ژل تبدیل 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 and Pinna, 2009)
 
 
 

1-1-1- تاریخچه فرآیند سل- ژل

برای نخستین بار در سال 1845 ابلمن[3] به طور اتفاقی مشاهده کرد که تتراکلرید سیلیکون (SiCl4) که در ظرفی رها شده بود، ابتدا هیدرولیز و سپس به ژل تبدیل 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 زمینه سنتز سرامیک­ها و ساختارهای شیشه ای با استفاده از این 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. شایان ذکر است که با این روش، بسیاری از اکسیدهای غیرآلی مانند TiO2، SiO2،  ZrO2  سنتز شدند(Brinker and Schere,1990).