روش خشک کردن ژل
چگالی ()
درصد مواد آلی باقی مانده
مساحت ویژه ()
زروژل
۴۲/۱
۵/۵۴
۰/۵۵۷
ایروژل (استخراج کننده[۲۹] CO2)
۱۸/۰
۶/۲۵
۶/۵۹۴
ایروژل (اتوکلاو)
۱۳/۰
۰/۱۶
۶/۴۰۰
براساس نتایج حاصل از آنالیزها ایروژلهای تهیه شده در دو روش فوق بحرانی، چگالی کمتر و اندازه حفره بزرگتری نسبت به زیروژل دارند. ایروژل آلومینای تهیه شده در اتوکلاو به علت دما و فشار بالای اتوکلاو، کمترین مقدار مواد آلی باقی مانده نسبت به دو روش دیگر داردMizushima and Hori, 1994) ).
در همان سال میزوشیما و هوری از کاربیدسیلیسیوم در تهیه ایروژل آلومینا استفاده کردند و تاثیر آن روی مساحت ویژه و مقاومت حرارتی ژل خشک شده را در شرایط مختلف، بررسی کردند. مساحت ویژه ایروژل بدون استفاده از کاربیدسیلیسیوم ۶/۵ و با بهره گرفتن از کاربید سیلیسیوم ۱/۲۶ مترمربع به ازای یک گرم گزارش شد Mizushima and Hori, 1994) ).
میزوشیما و هوری در همان سال و در یک پروژه ی دیگر ایروژل آلومینا را با اتصال ذرات سل آلومینا به کمک هگزا متیلن دی ایزوسیانات[۳۰] و شرایط فوق بحرانی کربن دی اکسید سنتز کردند و مورفولوژی و چگالی توده آن را با ایروژل آلومینا بدون این ترکیب آلی مقایسه کردند. چگالی توده ایروژل آلومینا با ترکیب آلی یک سوم چگالی ایروژل آلومینا بدون این ترکیب گزارش شد. این اختلاف چگالی حاکی از تغییر در مورفولوژی ایروژل بودMizushima and Hori, 1994) ).
هوریوچی و گروهش بیان کردند که برای افزایش مساحت سطح ایروژل آلومینا در دماهای بالا باید از انتقال فاز تتا آلومینا به آلفا آلومینا جلوگیری کرد که با کاهش چگالی توده ایروژل آلومینا امکان پذیر است. مساحت سطح با افزایش دمای کلسیناسیون برای ایروژل آلومینا با چگالیهای مختلف آزمایش شد که نتایج در نمودار ۲-۲ نشان داده شدهاست (۱۹۹۴ Horiuchi et al.,).
نمودار۲-۲: تاثیر دمای کلسیناسیون روی مساحت ویژه ایروژل در سه چگالی مختلف (Horiuchi et al., 1994)
در سال ۱۹۹۶ کیسار و همکارانش ایروژل آلومینا را برای اولین بار در شرایط فوق بحرانی کربن دی اکسید تهیه کردند و نشان دادند که چگالی آن برابر با چگالی ایروژل سنتز در شرایط فوق بحرانی الکل است. آنها تاثیر غلظت اسید استفاده شده برای تهیه ژل را روی مساحت ویژه بررسی کردند و نشان دادند که بیشترین مساحت ویژه، برابر با ۴۲۵ مترمربع به ازای هر گرم ایروژل، مربوط به نسبت مولی ۰۷/۰ اسید به آلکوکسید آلومنیوم است (Keysar et al., 1996).
در سال ۱۹۹۷ دونگ جین سو و همکارانش سنتز ایروژل آلومینا با حلال های مختلف را امتحان کردند و متوجه شدند با بهره گرفتن از حلال نرمال بوتانول و دو پروپانول ژل آلومینا سنتز نمی شود و پیش ماده(آلومینیومتری سک بوت اکساید) در دو حلال متانول و سک بوتانول کامل حل نمی شود. آنها دریافتند دو حلال اتانول و نرمال پروپانول برای تولید ایروژل آلومینا مناسب هستند(Dong Jin Suh et al., 1997).
کیسار و گروهش به بررسی تغییر شکل فازی و تغییر مورفولوژی ایروژل آلومینا در طول حرارت دادن پرداختند و با بهره گرفتن از نتایج حاصل از تست های TGA/DTA[31]، BET[32]، XRD[33] و تحلیل تصاویر SEM[34]، یک مدل اولیه که سیر تکاملی ساختار ایروژل در طول حرارت دادن را شرح میدهد ارائه دادند. در ابتدا توده خنثی[۳۵] و اسیدی[۳۶] ایروژل آلومینا وجود دارد سپس در بازه ی دمایی بین ۲۰ تا ۱۳۰۰ درجه سانتی گراد تغییر فاز به صورت زیر رخ میدهد:
آنها خاطر نشان کردند که گرچه pH روی مساحت سطح ایروژل تاثیر بسزایی دارد اما روی رفتار ایروژل تحت حرارت دیدن اثر نمیگذارد، اما وقتی به فاز آلفا آلومینا میرسد مساحت ایروژل هایی با pH کمتر در سطح بالاتری قرار میگیرد (Keysar et al., 1997).
هیروشیما و همکارانش در سال ۱۹۹۸ ایروژل ها و زیروژل های TiO2، V2O5، ZrO2 و Al2O3 را با هیدرولیز الکوکسیدهای فلزی تهیه کردند و از آنها در واکنش کاتالیستی کاهش NO همراه با C3H6 وتبدیل NO به N2 استفاده کردند و باهم مقایسه کردند. آنها به این نتیجه رسیدند که فعالیت کاتالیست های ایروژلی، به علت تخلخل بالا و اندازه حفره بزرگتر، بیشتر از کاتالیست های زروژلی است. همچنین فعالیت ایروژل آلومینا نسبت به بقیه ایروژلها در کاهش NO بیشتر بود که با اضافه کردن ۴ تا ۱۰ درصد وزنی ZrO2 به آن فعالیتش در دماهای پایین بیشتر می شود (Hirashima et al., 1998).
در سال ۱۹۹۹ والندیزوسکی و همکارانش از هیدرولیز آلومینیوم ایزوپروپیلات به عنوان پیشماده، به کمک حلال متانول یا ایزوپروپانول و بدون استفاده از کاتالیست اسیدی، ژل آلومینا را سنتز و در شرایط فوق بحرانی الکل خشک کردند. آنها تاثیر نوع حلال و غلظت پیشماده را روی ساختار و ویژگی های فیزیکی شیمایی ژل بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که استفاده از حلال متانول ایروژلی با مساحت سطح بیشتر و حجم حفرههای بزرگتر نسبت به حلال ایزوپروپانول به ما میدهد. همچنین غلظت برابر با ۱۰ تا ۲۰ درصد وزنی پیش ماده در محلول اولیه، بیشترین درصد تخلخل و مساحت سطح ایروژل را نتیجه میدهد (Walendziewski et al., 1999).
والندیزوسکی و همکارانش در سال ۲۰۰۰ نیز پارامترهای موثر شامل نوع پیش ماده و حلال، دمای سنتز و خشک کردن ژل و دمای کلسینه کردن ایروژل بر چگالی، مساحت سطح و حجم کل حفره ها را بررسی کردند و نشان دادند که بیشترین مساحت سطح مربوط به ایروژل با پیش ماده آلومینیوم ایزوپروپکساید[۳۷] با حلال متانول و نسبت مولی آب به پیش ماده برابر با ۹ در دمای هیدرولیز ۲۰ درجه سانتی گراد و کمترین چگالی ایروژل نیز مربوط به همین شرایط در دمای هیدرولیز ۶۰ درجه سانتی گراد بوده است (Walendziewski et al., 2000).
در سال ۲۰۰۱ پوکو و گروهش روش سنتز دو مرحله ای برای ایروژل آلومینای یکپارچه با تخلخل بالای ۹۸ درصد ارائه دادند. آنها از آب با نسبت مولی کمتر از نسبت استوکیومتری و از استیک اسید به عنوان کاتالیست هیدرولیز استفاده کردند. پس از تعویض حلال به کمک شرایط فوق بحرانی اتانول خشک شد. ایروژل بدست آمده با ایروژل سیلیکا با همین چگالی مقایسه شد. مقاومت گرمایی و ضریب کشسانی(Elastic modulus) نسبت به ایروژل سیلیکا بیشتر بود ولی مساحت ویژه کمتر بود (Poco et al., 2001).
در سال ۲۰۰۲ بیهان و گروهش به مطالعه سنتز ایروژل آلومینا پرداختند و تاثیر دو ماده ی acetylacetone[38] وbutan-1,3-diol به عنوان عامل کمپلکسساز در نسبتهای مختلف بررسی و با هم مقایسه کردند و به این نتیجه رسیدند که بیشترین مساحت ویژه مربوط به ایروژل با کمپلکسساز استیلاستواستون در نسبت مولی برابر با یک به پیش ماده است و بیشترین حجم حفره مربوط به ایروژل بدون عامل کمپلکسساز میباشد (Bihan et al., 2002).
شرما و همکارانش در سال ۲۰۰۳ نقش مهم pH سل آلومینا در مورفولوژی و اندازه ذرات آلفا آلومینا در روش سنتز به روش سل- ژل را نشان داد و بیان کرد که با تغییر pH از ۱۲ به ۵/۲، اندازه ذرات آلومینا از ۷۵۰ به ۷۰ نانومتر کاهش پیدا می کنند. تاثیر pH بر مورفولوژی آلومینا در جدول ۲-۲ گزارش شده و شکل ۲-۱ آورده شده است (Sharma et al., 2003).
جدول۲-۲: مورفولوژی و اندازه ذره زیروژل در pH های مختلف (Sharma et al., 2003)
pH
مورفولوژی
اندازه حفره (نانومتر)