توصيفگر ها :
مواد متخلخل , ايروژل كربني , سل- ژل , كاتاليست , مساحت سطح , كربنيزاسيون
چكيده فارسي :
يك ايروژل زماني توليد مي‌شود كه مايع ژل در آن بدون فروپاشي منافذ با هوا جايگزين شود. بنابراين، ايروژلها مواد متخلخل با مساحت سطح بالا و چگالي اندك هستند كه مي‌توانند در زمينه‌هاي الكتريكي، كاتاليستي، جاذب و... ايفاي نقش كنند. ايروژل‌هاي كربني، دسته‌اي از ايروژلها هستند كه به دليل سبك بودن و تخلخل پيوسته، مورد توجه قرار گرفتند.
تغيير در مواد مورد استفاده و شرايط سنتز مانند نوع كاتاليست، روش خشك كردن، دماي كربنيزاسيون و... باعث تغيير ويژگي‌هاي ايروژل‌هاي كربني مي‌شود. بنابراين، در اين پايان‌نامه، شش نمونه هيدروژل كربني با روش پليمريزاسيون تراكمي رزورسينول (R) و فرمالدهيد (F) با نسبت 5/0 R/F = در حضور كاتاليست‌هاي قليايي معدني و آلي شامل NaOH، Na2CO3، NH3 ، NEt3، CO(NH2)2 و C5H5N با نسبت 50 R/C = تهيه شدند. هيدروژل‌ها به مدت 48 ساعت در تماس كامل با استون قرار گرفتند. بعد از جايگزيني حلال آبي با حلال آلي، ژل‌ها با روش خشك كردن انجمادي خشك شدند. نمونه‌هاي خشك شده، تحت گاز نيتروژن در دماي در ℃ 850 به مدت سه ساعت، براي توليد ايروژل‌هاي كربني، كربنيزه شدند.
در بخش بعدي، تاثير نوع كاتاليست بر رنگ و آبدار بودن ژل‌هاي تهيه شده و ريخت شناسي ايروژل‌هاي كربني با استفاده از روش‌هاي ATR-FTIR، FESEM، EDAX، BET، XRD و XPS مورد بررسي قرار گرفت. آمورف بودن و كربني شدن نمونه‌ها، با نتايج حاصل از EDAX، XRD و XPS تاييد شدند. عنصر اصلي در همه نمونه‌ها، عنصر كربن است. ساختار شيميايي ايروژل‌هاي كربني با استفاده از نتايجATR-FTIR مورد بررسي قرار گرفت. براي تعيين ويژگي‌هاي سطحي و شكل نانوذره‌هاي ايروژل‌هاي كربني، از تصويربرداري FESEM استفاده شد و نوع نانوذره‌ها در همه‌ي نمونه‌ها، كروي است. همچنين جهت بررسي مساحت سطح و نوع حفره‌ها از آزمون جذب و واجذب نيتروژن استفاده شد. ايروژل كربني تهيه شده در حضور كاتاليست آمونياك داراي بيشترين مساحت سطح (m2/g 98/976) و ايروژل كربني تهيه شده در حضور كاتاليست اوره داراي كمترين مساحت ( m2/g 39/473) سطح است. همچنين نوع حفره‌ها در ايروژل‌هاي كربني تهيه شده در حضور كاتاليست NaOH و NEt3، مزوحفره و ميكرو حفره است. اما حفره‌ها در بقيه نمونه‌ها از نوع ميكرو حفره هستند
چكيده انگليسي :
An aerogel is produced when the gel liquid is replaced by air without collapsing the pores. Therefore, aerogels are porous materials with high surface area and low density that can be used in electrical, catalytic and absorbent fields. Carbon aerogels are a class of aerogels that have attracted attention due to their lightness and continuous porosity.
Changes in the materials and synthesis conditions, such as catalyst type, drying method, carbonization temperature, etc., change the characteristics of carbon aerogels. Therefore, in this thesis, six carbon hydrogel samples were prepared by condensation polymerization of resorcinol (R) and formaldehyde (F) with a ratio of R/F = 0.5 in the presence of inorganic and organic basic catalysts, including NaOH, Na2CO3, NH3, NEt3, CO(NH2)2 and C5H5N, were prepared with a ratio of R/C = 50. The hydrogels were fully exposed to acetone for 48 hours. The gels were dried by freeze-drying after replacing the aqueous solvent with an organic solvent. The dried samples were carbonized under nitrogen gas at 850 °C for three hours to produce carbon aerogels.
In the next part, the effect of catalyst type on the color and wateriness of the prepared gels and the morphology of carbon aerogels were investigated using ATR-FTIR, FESEM, EDAX, BET, XRD, and XPS analyses. The amorphousness and carbonization of the samples were confirmed by the results of EDAX, XRD, and XPS, and the main element in the all samples is carbon. The chemical structure of carbon aerogels was investigated using ATR-FTIR results. FESEM imaging was used to determine the surface characteristics and shape of carbon aerogel nanoparticles, and the type of nanoparticles in all samples is spherical. Also, nitrogen absorption and desorption tests were used to check the surface area and type of holes. The carbon aerogel prepared in the presence of catalyst NH3 has the highest surface area (976.98 m2/g) and the carbon aerogel prepared in the presence of catalyst CO(NH2)2 catalyst has the lowest surface area (473.39m2/g). Also, the types of cavities in the carbon aerogels prepared in the presence of NaOH and NEt3 catalysts are both mesopores and micropores. Whereas the holes in the other samples are micropores.
