气凝胶项目介绍

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/m3 n孔径率最高的纳米孔材料

2、： 90%99.8% n拥有最大比表面积： 200-1000 m2/g 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，

3、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

4、分广阔的应用前景。 6 7 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%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

5、胶材料的生产工艺 气凝胶材料气凝胶材料 反应物反应物 Precursor H2O Solvent Catalyst 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0.44 Perlite loose-fill0.48 Cardboard0.52 纤维素0.52

6、Molded expanded polystryrene (EPS)0.650.70 Extruded expanded polystryrene (XPS)0.630.88 Open-cell polyurethane spray foam0.63 Close-cell polyurethane spray foam0.97 Polyurethane rigid panel1.10 Polyisocyanuate spray foam0.76 Foil-faced Polyisocyanuate rigid panel0.971.20 气凝胶气凝胶1.76 15 n民用冰箱 n在美国每年有

7、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 polyurethane n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 foam 16 n楼房建筑 nDaylight window nBasement nWal

8、l shielding n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 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

9、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 24 1 2 3 4 56 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 1 25 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

10、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 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

11、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

12、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