Síntese de aerogéis e xerogéis de sílica com troca de solvente e secagem a pressão ambiente

Abstract

O presente trabalho estuda as características estruturais de géis de sílica preparados a partir da sonohidrólise do Tetraetilortosilicato (TEOS) em função de diferentes quantidades de álcool isopropílico (IPA), denominado conjunto de amostras A, e em função de diferentes quantidades de dimetilformamida (DMF), denominado conjunto de amostras B. Os géis são estudados desde o estágio saturado (gel úmido) até o estágio do gel seco (aerogel e xerogel) resultante da secagem a pressão ambiente. As caracterizações estruturais das amostras são realizadas através das técnicas de Termogravimetria (TG), densidade aparente, análise de distribuição de tamanho de poros e área superficial por adsorção de nitrogênio, e espalhamento de raios X a baixo ângulo (SAXS). A sonohidrólise foi realizada a partir de volumes constantes das misturas reagentes, mantendo-se a mesma razão molar água/TEOS para as diferentes adições de IPA do conjunto A e também a mesma razão molar água/TEOS para as diferentes adições de DMF do conjunto B. Géis úmidos produzidos a partir da estimulação ultrassônica do TEOS com aumento da quantidade de IPA (conjunto A) exibem uma estrutura de fractal de massa com dimensão fractal D em torno de 2,0 e com tamanho característico  do fractal de massa crescendo de 4,1 nm para 5,1 nm, quando a razão molar [IPA]/[TEOS] cresce de 0 para 10,8. Os géis do conjunto B exibem uma estrutura fractal de massa com dimensão fractal D em torno de 2,2 e com  decrescendo de 9,2 nm para 7,8 nm quando a razão molar R = [DMF]/[TEOS] cresce de 0 para 4. Aerogéis foram obtidos após lavagem dos géis úmidos de ambos os conjuntos com IPA, para remoção de resíduos provenientes da sonohidrólise, e depois imersos em solução de trimetilclorosilano (TMCS) em álcool isopropílico, para modificação...

The present work studies the structural characteristics of silica gels prepared from the sonohydrolysis of tetraetoxisilane (TEOS) as a function of different amounts of isopropyl alcohol (IPA), which will be called the set of samples A, and for different amounts of dimethylformamide (DMF) , which will be called set of samples B. The gels are studied from the saturated stage (wet gel) until the stage of dry gel (xerogel and aerogel) that results from a drying process at ambient pressure. The samples are characterized by Termogravimetry (TG), apparent density, surface area and pores size distribution by nitrogen adsorption, and small-angle X-ray scattering (SAXS). The sonohydrolysis was carried out from reagent mixtures with constant volumes, keeping the same water/TEOS molar ratio for different additions of IPA in the set A and also the same water/TEOS molar ratio for different additions of DMF in the set B. Wet gels produced from the ultrasonic stimulation of TEOS with increasing the quantity of IPA (set A) exhibit a structure of fractal mass with fractal dimension D around 2.0 and with characteristic size  growing from 4.1 nm to 5.1 nm, when the [IPA]/[TEOS] molar ratio increases from 0 to 10,8. The gels of the set B exhibit a structure of fractal mass with fractal dimension D around 2.2 and with  decreasing from 9.2 nm to 7.8 nm when increasing the molar ratio R =[DMF]/[TEOS] from 0 to 4. Aerogels were obtained after washing the wet gels from both sets with IPA, to remove wastes from the sonohydrolysis, and then immersing them in a solution of trimethylchlorosilane (TMCS) in isopropyl alcohol, for the silica surface modification (silylation), and finally in pure isopropyl alcohol. The drying process narrows the range of characteristic lengths  of the original structure of fractal mass of the wet gels, however, it does not change... (Complete abstract click electronic access below)