透明玻璃海绵

在下一代生物能源的生产中,光生物反应器对光化学反应过程的优化具有很重要的作用。在光生物反应器中高密度地繁殖光合自养的微藻,其中一个基本的要求就是有效的气体、生物质的传输以及一个强力的光强分布合适的光源。

通过使用一种新型的叫做透明玻璃海绵的材料可以获得在整个反应器中有效的光线分布,从而提供局域最佳的光照强度。它的这种光学特性,以及其高的软化温度、对化学物质的惰性使之成为反应器中所用光源的理想材料。另外,其开放的孔道结构还不会对反应器中物质的传输产生影响。但是,这种具有开放孔道的玻璃海绵还未大规模地生产。

德国卡尔斯鲁厄技术研究院的一个研究小组正在试图改变这一现状。Bucharsky博士和同事们利用高分子模板技术,使聚氨酯海绵作为模板和商业化的SiO2纳米粉末来制备这种透明玻璃海绵。

研究人员发现这种方法对pH值为10的浓缩悬浮液可以获得性能最佳的材料。因为在这个条件下,会有足够多悬浮液中的颗粒附着到高分子的模板上,从而形成稳定的SiO2层。通过高加热率和短的保温时间,SiO2层被烧结成透明的玻璃。而其中SiO的热力学倾向的从非晶态到晶态的转变被抑制了。

他们还利用MRI技术对材料的结构进行了表征,获得了整个三维的网络结构、几何尺寸、比表面积以及孔道尺寸等数据。这些数据对该泡沫在光生物反应器中的应用是非常重要的。这个工作发表在即将出版的Adv. Eng. Mater.期刊上。

Ethel C. Bucharsky, et al., Adv. Eng. Mater. ; DOI: 10.1002/adem.201100024