1、1最理想的新型节能和环保材料最理想的新型节能和环保材料气凝胶气凝胶2能源能源2000 年年（世界，（世界，%）2008 年年（世界，（世界，%）石油(百万吨）223.6(6.3%)375.7（9.6%)煤炭（同等于百万吨石油)667.4(28.5%)1406.3(42.6%）二氧化碳排放量（百万吨）6017.7（2006）9000（2020）超过美国能源和环保的需要能源和环保的需要3什么是气凝胶？什么是气凝胶？nSamuel Stephens Kistler 1931年发明n最轻的固体：0.03 kg/m3n孔径率最高的纳米孔材料：90%99.8%n拥有最大比表面积：200-1000 m2/g
2、 n热导率最低的固体材料：TC=12 mW/mK n隔热，透明，憎水，防震，隔音n化学性能稳定：等同于玻璃（SiO2)气凝胶隔热材料的优势气凝胶隔热材料的优势n面对能源短缺问题，建设节约型社会，减少热损失和能源浪费、提高热能利用效率具有重要意义，这势必需要大力发展隔热保温材料，广泛采用新型优质隔热保温材料，对我国国防、经济建设的健康、稳定发展具有重要的现实意义。4气凝胶隔热材料的优势气凝胶隔热材料的优势续续nSiO2气凝胶是一种新型轻质纳米多孔材料，具有低密度、高孔隙率、低热导率和低折射率，是一种新型高效隔热保温材料。纳米多孔SiO2气凝胶以其独特的结构可有效的阻止热量的传输的，常温常压下热导
3、率小于0.013 W/mK，比静止空气的热导率（0.026 w/km）还低，是目前热导率最低的固体材料，可称为超级绝热材料.SiO2可在高温下稳定工作，最高使用温度可达1400，高温下不分解，无有害气体放出，属于绿色环保型材料5气凝胶隔热材料的优势气凝胶隔热材料的优势续续n纳米多孔SiO2气凝胶还具有极高的孔隙率、极低的密度、极低的声传播速度、极低的介电常数、极高的比表面积、透明等优异性能，在热学、光学、声学、微电子、石油化工、航空航天、节能建筑等领域具有十分广阔的应用前景。67气凝胶实例8气凝胶复合材料柔软柔软绝热绝热9气凝胶的结构特点 纳米孔径的多孔材料纳米孔径的多孔材料 高达高达99.5
4、%的成分是的成分是空气空气 空气被困于空气被困于纳米级纳米级孔穴中孔穴中 被困空气的被困空气的对流传导对流传导远低于自由空气远低于自由空气 理想的绝热绝声材料理想的绝热绝声材料 高达高达99.5%的孔径率的孔径率 导致导致高达高达1000平方米平方米/克的比表面积克的比表面积 理想的载体和高効吸附剂理想的载体和高効吸附剂10气凝胶性能展示气凝胶块状体气凝胶块状体11柔软型气凝胶复合体柔软型气凝胶复合体12气凝胶材料的生产工艺气凝胶材料的生产工艺气凝胶材料气凝胶材料 反应物反应物 PrecursorH2OSolventCatalyst干燥干燥水解水解成型成型部分原料循环使用，反应工程无环境影响部
5、分原料循环使用，反应工程无环境影响13气凝胶的应用领域其他民用领域其他民用领域化工工业化工工业建筑工业建筑工业石油工业石油工业运输工业运输工业原油泄漏原油泄漏航空航天航空航天国防国防14气凝胶与其它隔热材料的对比气凝胶与其它隔热材料的对比隔热材料隔热材料热阻系数热阻系数 R（m2k/W)玻璃纤维0.44Perlite loose-fill0.48Cardboard0.52纤维素0.52Molded expanded polystryrene(EPS)0.650.70Extruded expanded polystryrene(XPS)0.630.88Open-cell polyurethane
6、 spray foam0.63Close-cell polyurethane spray foam0.97Polyurethane rigid panel1.10Polyisocyanuate spray foam0.76Foil-faced Polyisocyanuate rigid panel0.971.20气凝胶气凝胶1.7615n民用冰箱n在美国每年有 3 亿 平方英尺的绝热材料用于冰箱n消耗 20%民有电量n主要绝热材料为 polyureane foam（R=0.630.97）,有害环境（产生温室効应，破坏臭氧层，然烧产生有毒物质）n使用气凝胶（R=1.76）可以提高绝热效果，节约能
7、源，保护环境。n原油传输n气凝胶已经应用于加拿大油田气凝胶已经应用于加拿大油田n20 mm 气凝胶等同于 102 mm polyurethanen降低资料运输成本n提高绝热效应气凝胶的市场个例气凝胶的市场个例气凝胶气凝胶polyureane foam16n楼房建筑nDaylight windownBasementnWall shieldingn环境淨化气凝胶的市场个例气凝胶的市场个例-续续工业领域工业领域 的应用的应用n在石化行业、化工行业和冶金行业中，管道、炉窑及其它热工设备普遍存在，用SiO2气凝胶及其复合材料替代传统的保温材料对它们进行保温，可以大大减少热能损失，提高热能利用率,还可以用
8、作液态天然气罐和储油罐等,以及汽车，轮船，飞机等发动机，排气管的隔热17深海石油勘探的保温与隔热18输油管道的截面比较输油管道的截面比较19液化气的生产，储存，运输及分销示意图液化气的生产，储存，运输及分销示意图20石油的生产，运输及分销所需隔热材料的比较21气凝胶隔热材料在石化企业的应用气凝胶隔热材料在石化企业的应用22气凝胶复合材气凝胶复合材料料应用在石油冶炼，储存和管道输送上安装示意图24123456气凝胶复合材气凝胶复合材料料应用在暖气管道上的效果图 125一层6mm厚的气凝胶复合材气凝胶复合材料料可使热水管的温度从86度降到30度气凝胶复合材气凝胶复合材料料在地下管道上的应用气凝胶复
9、合材气凝胶复合材料料可很容易地包裹在汽车的发动机上可很容易地包裹在汽车的发动机上气凝胶复合材气凝胶复合材料料包裹在轮船的发动机和排气管上气凝胶复合材气凝胶复合材料料应用在高速列车上应用在高速列车上气凝胶复合材气凝胶复合材料料包裹在储油罐上包裹在储油罐上民用领域的应用的应用n具有高度透光率并能有效阻止高温热辐射的SiO2气凝胶可以用作太阳能集热器及其它集热装置的保温隔热材料，大大提高其实用性。用热导率极低的掺杂SiO2气凝胶取代聚氨酯泡沫作为冰箱的隔热材料.还可以用作楼房建筑的保温，隔音等,32气凝胶复合材气凝胶复合材料料可很容易地铺在地板上气凝胶复合材气凝胶复合材料料可很容易地将整个外墙包起来
10、气凝胶复合材气凝胶复合材料料可很容易地安装在内墙上可很容易地安装在内墙上房屋隔热效果对比36太阳能收集板上的应用37具有高度透光率及低热导率的气凝胶对入射光几乎没有反射损失，能有效的透过太阳光，因此气凝胶特别适合于用作太阳能集热器及其它集热装置的保温隔热材料，当太阳光透过气凝胶进入集热器内部，内部系统将太阳光的光能转化为热能，气凝胶又能有效阻止热量流失。国外研究现状n目前国际上关于气凝胶材料的研究工作主要集中在德国的维尔茨堡大学、BASF公司、美国的劳伦兹利物莫尔国家实验室、桑迪亚国家实验室，法国的蒙彼利埃材料研究中心，日本高能物理国家实验室，美国阿斯潘公司，美国宇航局等。38国内研究现状n国
11、内同 济大学侧重于气凝胶基础研究，所制备的气凝胶隔热材料力学强度较小，成形性较差，只有少量的实际应用。北京科技大学利用硅酸钙石二次粒子与气凝胶复合制备 隔热复合材料，仍处于实验室阶段，无工程应用。纳诺高科为代表的国内从事气凝胶隔热材料研究、生产的企业起步较晚，技术力量薄弱，并且无应用实例。39国内研究现状 续n据说广东英德埃力生集团与国防科技大学合作，目前产品已进入市场，价格为240-360元/平方米(产量低，成本高，估产量低，成本高，估计为中试产品计为中试产品).40中试预算n超临界流体萃取装置60L n溶胶装置 n凝胶模具 n常压脱水系统nCO2 储存罐 n原料n总投资 约 150万元41规模化生产预算n超临界流体萃取装置1000L n溶胶装置 n凝胶模具 n常压脱水系统nCO2 储存罐 n原料n总投资 约 800万元42成本核算n一条1000升的生产线，保守估计每年可得到15万平方米的二氧化硅气凝胶复合材料n如果设备，厂房按十年折旧，加上原料加上原料费费,人员工资等人员工资等,则直接成本约为35元/平方米。n目前国外的价格为20-30 美元/平方米n广东英德埃力生集团的价格为240-360元/平方米43时效分析n设备安装，调试正常后，一一个月内可生产出中试产品；n设备安装，调试正常后，一一个月内可生产出工业化产品。44
