소개글
"솔겔 실리카 합성"에 대한 내용입니다.
목차
1. 실리카겔의 합성 및 특성
1.1. 실험 목적과 방법
1.2. TEOS의 성질 및 주의사항
1.3. Sol의 정의와 종류
1.4. Gel의 정의와 종류
1.5. 겔화의 정의 및 특성
1.6. 알콕사이드 sol-gel법
1.7. 콜로이드 sol-gel법
1.8. Sol-gel법의 원리
2. Sol-gel 공정의 변수와 영향
2.1. 산 및 염기의 영향
2.2. 가수분해와 축합반응
2.3. 금속 알콕사이드의 반응성
2.4. 겔의 특성에 미치는 요인
3. 실리카겔의 제조 및 분석
3.1. 실험 결과 및 분석
3.2. 에어로젤의 제조방법 및 구조
3.3. 에어로젤의 특성 및 응용분야
4. 참고 문헌
본문내용
1. 실리카겔의 합성 및 특성
1.1. 실험 목적과 방법
실험 목적과 방법은 다음과 같다.
(1) TEOS(Tetraethyl orthosilicate)를 산 촉매 하에 가수분해하여 실리카겔을 합성한다. TEOS는 Si(OC2H5)4의 화학식을 가진 무색의 액체로, 물과 반응하여 쉽게 이산화규소로 전환되는 특성이 있다. 따라서 TEOS를 사용할 때는 공기 중의 수분에 노출되는 시간을 줄이고, 열이나 스파크에 주의해야 한다.
(2) 가수분해와 축합반응에 대해 알아본다. TEOS는 물과 반응하여 가수분해와 축합반응을 거치면서 실리카겔이 형성된다. 가수분해 반응에서는 TEOS의 에톡시기가 수산기로 치환되며, 축합반응에서는 생성된 실라놀기들이 서로 결합하여 실리카 구조를 형성한다.
(3) 실리카겔의 성질과 용도에 대해 알아본다. 실리카겔은 SiO2·nH2O의 화학식을 가지며, 작은 기공이 서로 연결된 그물구조로 이루어져 있다. 이로 인해 넓은 표면적을 가지며, 물, 알코올 등을 흡수하는 능력이 뛰어나 제습제, 흡착제, 촉매 담체 등 다양한 용도로 사용된다.
(4) 수소이온농도의 변화에 따른 산염기지시약 중 티몰블루를 이용하여 중화지시약에 대해 알아본다. 실험 과정에서 pH의 변화를 관찰하기 위해 티몰블루 지시약을 사용한다.
(5) sol-gel법에 대해 알아본다. sol-gel법은 분자 단위의 전구물질을 사용하여 가수분해와 축합반응을 통해 유리, 세라믹스 등을 제조하는 방법으로, 미세구조를 정밀하게 제어할 수 있다.
1.2. TEOS의 성질 및 주의사항
TEOS(Tetraethyl orthosilicate)는 실리카겔 합성에 사용되는 중요한 화합물이다. TEOS는 화학식 Si(OC2H5)4로 표현되며, 상온에서 무색인 액체 형태의 유기금속화합물이다. TEOS는 다음과 같은 성질과 주의사항이 있다.
TEOS는 물에 쉽게 분해되어 이산화규소(SiO2)로 전환된다. 반응식은 다음과 같다:
Si(OC2H5)4 + 2H2O → SiO2 + 4C2H5OH
따라서 TEOS를 사용할 때는 공기 중의 수분과 반응하여 원하지 않는 반응이 일어날 수 있으므로, 습기를 최대한 피해 실험을 신속하게 진행해야 한다. 또한 TEOS는 가연성이 있어 열이나 스파크에 주의해야 하며, 흡입하면 인체에 유해하므로 후드에서 실험을 진행하고 마스크를 착용해야 한다.
1.3. Sol의 정의와 종류
Sol은 보통 액체상에 콜로이드 입자가 분산된 유동성 있는 계를 의미한다. 콜로이드 상태는 일반적으로 알려져 있는 보통의 분자, 이온보다는 큰 불용성의 미립자(지름의 크기가 1nm~1000nm인)가 기체나 액체에 균일하게 분산되어 있는 상태를 의미한다. 콜로이드 상태로 되어있는 물질 전체를 콜로이드라고 한다.
Sol의 넓은 의미로는 콜로이드 입자가 분산된 상태 또는 계 중 유동성이 있는 것을 의미한다. 좁은 의미로는 액체 분산매에 고체 분산질(분산상)이 존재하는 분산계 중 유동성 있는 계를 의미한다.
분산매와 분산질은 용액에서의 용매와 용질의 개념에 대응된다. 분산매가 액체이고, 분산상(분산질)이 고체인 경우 솔이라고 하며, 금 솔, 황화비소 솔이 그 예이다. 분산매가 액체이고, 분산상(분산질)이 기체인 경우 거품이라고 명칭하고, 맥주나 사이다의 거품이 그 예시이다. 분산매가 액체이고, 분산상도 액체인 경우에는 에멀션(emulsion)이라고 명칭하고 우유가 그 예이다.
1.4. Gel의 정의와 종류
Gel은 Sol이 일정한 농도 이상으로 진해져서 튼튼한 그물조직이 형성되어 굳어진 것을 말한다. Gel은 유체상태의 분산 매질 내부에 존재하는 3차원 가교 결합 네트워크로 인해 거의 고체와 같다. 분산매가 고체, 분산상(분산질)이 액체인 젤의 경우 젤리, 우뭇가사리, 젤라틴, 두부 등이 그 예시이다. 따라서 Gel은 유동성이 상실된 콜로이드 상태의 물질로, 액체와 고체의 중간적인 성질을 가지고 있다. ""Gel은 유체상태의 분산 매질 내부에 존재하는 3차원 가교 결합 네트워크로 인해 거의 고체와 같으며, 분산매가 고체, 분산상(분산질)이 액체인 경우 젤리, 우뭇가사리, 젤라틴, 두부 등이 그 예시이다.""
1.5. 겔화의 정의 및 특성
겔화는 Sol이 Gel로 변하는 현상을 의미한다. 좀 더 자세히 설명하면, 다리결합(사슬 모양으로 결합해 있는 어떤 원자와 원자 사이에 다리를 걸치듯이 형성되는 결합)에 의해서 고분자가 3차원 그물구조를 가지게 되어 용매에 녹지 않게 되는 현상을 말한다. 이러한 3차원 그물구조를 가지게 되면, 생성물은 용매에 팽윤(물질이 용매를 흡수하여 부푸는 것) 할 뿐 녹지는 않는다.
겔화가 진행되면 일반적으로 계의 탄성이 뚜렷하게 증가하고, 점성도가 급격하게 증가하게 된다. 이는 So...
참고 자료
‘실리카겔’, 네이버 지식백과(두산백과), https://terms.naver.com/ (2021-04-16)
‘Tetraethyl orthosilicate’, 위키피디아(영문), https://en.wikipedia.org/ (2021-04-16)
‘Sol(솔)’, ‘젤(gel)’, ‘콜로이드’, 네이버 지식백과(화학백과), https://terms.naver.com/ (2021-04-16)
‘겔화’, 네이버 지식백과(두산백과), https://terms.naver.com/ (2021-04-16)
김창은, 이해욱, 정형진, 김구대, & 박노경. (1988) “합성한 Aluminuim Sec-Butoxide로부터 알콕사이드졸겔법에 의한 알루미나 미분말의 제조” Journal of the Korean Ceramic Society Vol 25 No.6, 585-592
이수진, 최석범, 곽형섭, & 백승욱. (2006) “Propylene Oxide를 이용한 졸-겔법에 의한 MO∙Fe12O18 (M/Ba, Sr) 나노 분말의 합성과 물리적 특성” J. Korean Ind. Eng. Chem Vol 17 No.4, 420-425
한원택, 이병우, 윤영권, &황태진 (1998) “Sol-Gel법을 이용한 유기∙무기 복합재료의 제조와 응용기술” 한국생산기술연구원, 66-68
최진석 &안성진. (2015) “물유리를 이용한 나노실리카 제조 시 pH가 미치는 영향” 한국재료학회지 Vol 25 No.4, 209-213
이경희, 이병하, 오부근, 안광훈 & 김종옥. (1989) “졸-겔법에 의한 실리카 유리의 제조와 온도 의존성 및 활성화에너지 변화” Journal of the Korean Ceramic Society Vol 27 No.4, 471-478
http://www.cdc.gov/niosh/docs/2003-154/pdfs/7500.pdf
http://report.kyobobook.co.kr/view/13175587
http://suflux.blog.me/80121868065
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