硅甲基对纳米多孔疏水性二氧化硅气凝胶热危害形成的影响机理
批准号:
51904336
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
23.0 万元
负责人:
李治
依托单位:
学科分类:
安全科学与工程
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
中文摘要
纳米多孔疏水性SiO2气凝胶因其有机特征官能团——硅甲基的存在而具有热危害风险。本项目以特征官能团硅甲基为切入点,通过测试分析、小/中尺度燃烧试验并结合理论分析与计算模拟,对不同硅甲基疏水性SiO2气凝胶的热危害形成机理与特性开展研究。在热作用的响应规律上,着重分析不同硅甲基SiO2气凝胶的微观结构演变和热物性变化,并构建两者之间的对应关系;借助多种测试手段研究不同硅甲基SiO2气凝胶的热解特性,利用热解动力学预测其反应机理(正向),并基于遗传算法进行模拟验证(逆向);结合热解特性和热解动力学,阐明不同硅甲基对疏水性SiO2气凝胶热解机理的影响;研究不同硅甲基SiO2气凝胶的燃烧特性和火蔓延行为,结合以上研究并引入随温度变化的微观结构参数,构建不同硅甲基SiO2气凝胶耦合多参数的燃烧特征模型。研究成果将加深对纳米多孔疏水性SiO2气凝胶热危害的认识,同时可为其热危害防控提供理论指导。
英文摘要
Nanoporous hydrophobic SiO2 aerogels (HSAs) have thermal hazard risk due to the existence of organic characteristic functional groups, silylmethyl. Taking characteristic functional groups (i.e. silylmethyl) as the breakthrough point, this proposal will study the formation mechanisms and characteristics of the thermal hazard of different silylmethyl nanoporous HSAs through test analyses and small/medium-scale combustion experiments combined with theoretical analyses and computational simulations. In the response law of thermal action, the microstructure evolution and thermal properties changes of different silylmethyl HSAs will be analyzed and the corresponding relationship between them will be constructed. The pyrolysis characteristics of different silylmethyl HSAs will be systematically studied via a series of test technologies. The reaction mechanisms during the pyrolysis will be predicted by pyrolysis kinetics, which will be further validated by the simulated pyrolysis processes based on genetic algorithms. Combined the pyrolysis characteristics and pyrolysis kinetics, the effects of various silylmethyl groups on the pyrolysis mechanisms of HSAs will be revealed eventually. Furthermore, the combustion characteristics and flame spread behavior of various silylmethyl HSAs will be explored. Combined with the above investigations, the temperature depended microstructure parameters will be introduced to establish the coupled multi-parameter combustion models for the different silylmethyl HSAs. The research results will deepen the understanding of thermal hazards of nanoporous HSAs and simultaneously provide the theoretical guidance for the prevention of their thermal hazards.
纳米多孔疏水性SiO2气凝胶的潜在热危害严重制约了其在保温隔热领域的应用拓展。本项目以疏水SiO2气凝胶的表面基团——硅甲基为突破口,制备和表征了多种硅甲基改性的疏水性SiO2气凝胶,探究了热作用下其微观-宏观性质的演变规律。分析了硅甲基疏水性SiO2气凝胶的典型热解过程和热解产物,并基于无机理函数积分法(Kissinger-Akahira-Sunose (KAS)法和Flynn-Wall-Ozawa (FWO)法)和Coats-Redfern模型计算了表观活化能,确定了反应机理函数,揭示了硅甲基疏水性SiO2气凝胶的热解机理。采用锥形量热仪详细研究了不同硅甲基疏水SiO2气凝胶的燃烧过程和燃烧特性,对比分析了不同硅甲基疏水SiO2气凝胶的热危害风险,结合热解机理阐明了硅甲基疏水SiO2气凝胶的燃烧机理。本项目系统地探究了硅甲基对纳米多孔疏水性SiO2气凝胶热危害形成的影响机理,研究成果将加深对疏水性SiO2气凝胶热危害的认识,同时可为其热危害防控以及隔热应用拓展提供理论指导。.在本项目资助下,项目负责人以第一作者或通讯作者发表论文16篇,其中SCI论文14篇,EI论文2篇;申请发明专利9项,其中授权发明专利3项;出版学术专著《二氧化硅气凝胶材料制备及其热安全特性研究》;获第十二届中国消防协会科学技术创新奖一等奖;培养硕士研究生12人,其中毕业5人,在读7人。
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Improving the flame retardance of hydrophobic silica aerogels through a facile post-doping of magnesium hydroxide
通过氢氧化镁的轻松后掺杂提高疏水二氧化硅气凝胶的阻燃性
DOI:
10.1016/j.apt.2021.03.041
发表时间:
2021-04
期刊:
Advanced Powder Technology
影响因子:
5.2
作者:
[Zhang Yan, Wu Liling, Deng Xi, Deng Yunmeng, Wu Xiaoxu, Shi Long, Li Ming, Liu Qiong, Cheng Xudong, Li Zhi]
通讯作者:
Li Zhi
Silica aerogels with tailored chemical functionality
具有定制化学功能的二氧化硅气凝胶
DOI:
10.1016/j.matdes.2020.108833
发表时间:
2020-08-01
期刊:
MATERIALS & DESIGN
影响因子:
8.4
作者:
[Li, Zhi, Zhao, Shanyu, Malfait, Wim J.]
通讯作者:
Malfait, Wim J.
In-Situ Synthesis of Layered Double Hydroxide/Silica Aerogel Composite and Its Thermal Safety Characteristics.
层状双氢氧化物/二氧化硅气凝胶复合材料的原位合成及其热安全特性
DOI:
10.3390/gels8090581
发表时间:
2022-09-13
期刊:
GELS
影响因子:
4.6
作者:
[Sun, Mengtian, Wang, Yang, Wang, Xiaowu, Liu, Qiong, Li, Ming, Shulga, Yury M., Li, Zhi]
通讯作者:
Li, Zhi
DOI:
10.14062/j.issn.0454-5648.20210624
发表时间:
2022
期刊:
硅酸盐学报
影响因子:
--
作者:
[李治, 邓云猛, 王洋, 杜冰, 李明, 刘琼, 程旭东]
通讯作者:
程旭东
Aramid Pulp Reinforced Clay Aerogel Composites: Mechanical, Thermal and Combustion Behavior.
芳纶浆粕增强粘土气凝胶复合材料:机械、热和燃烧行为
DOI:
10.3390/gels8100654
发表时间:
2022-10-14
期刊:
Gels (Basel, Switzerland)
影响因子:
--
作者:
[]
通讯作者:
共 14 条
疏水二氧化硅气凝胶的热危害及其防控机理
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批准号:2025JJ40051
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2025
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负责人:李治
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依托单位:
原位耦合功能化疏水SiO2气凝胶的隔热性能和热安全协同调控机理
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:54万元
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批准年份:2022
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负责人:李治
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依托单位:
硅甲基改性的疏水性SiO2气凝胶的热危害形成机理研究
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批准号:2020JJ4714
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2020
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负责人:李治
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依托单位:
国内基金
海外基金