2.3 XRD和FTIR分析

為了分析表麵活性劑對多孔地聚物物相組成和化學組成的影響，對試樣進行了 XRD 和 FTIR 表征，結果如圖8所示。所有試樣均未生成新晶相，仍然能觀察到18~32°之間代表 K-A-S-H 凝膠的饅頭狀寬泛峰，說明加入表麵活性劑後不能阻礙地聚物凝膠生成。譜圖中代表石英和莫來石晶體的特征峰明顯，但是峰的強度不同，可以看出摻入離子表麵活性劑 Meap-k, SDS, CTAB 後，石英峰強度比摻入非離子表麵活性劑 Tween-80, APG 的強度低。研究表明，表麵活性劑可以通過吸附到原材料、凝膠和相間邊界的表麵上而影響地聚物，石英相的峰強變化可能是由於表麵活性劑影響了石英的轉化。離子型表麵活性劑因其分子結構與石英表麵電荷匹配性較差，導致其在石英表麵的吸附效率較低。石英顆粒未被過度包裹，堿性溶液與石英的接觸未被顯著抑製，石英溶解量接近未添加表麵活性劑的體係。

Fig.8 多孔地聚物的XRD譜圖

圖9為不同表麵活性劑添加量的多孔地聚物的 FTIR 譜，在1650~1660 cm-1 處的弱峰是由於 O-H 鍵的彎曲振動。這些峰的強度變化可以歸因於多孔地聚物中存在的結構水。在地聚物體係中，尤其是在堿性條件下，KOH 與空氣中的 CO2 反應，會形成 K2CO3 等碳酸鹽。因此在1410~1430 cm-1處的吸收帶對應於 O-C-O 的伸縮振動峰，確認了碳酸鹽基團的存在。在1079 cm-1 附近的吸收峰歸屬於聚合過程中形成的 Si-O-T (T為Al或K)鍵的不對稱伸縮振動，是與堿性鋁矽酸鹽凝膠相關的重要峰，這意味著基體中發生了化學變化，即生成了 K-A-S-H 凝膠，這一結果與XRD的分析結果相對應，即表麵活性劑的加入不會阻止水化反應的進行。

Fig.9 多孔地聚物的FTIR譜圖

2.4 比強度和密度分析

為了探究添加不同類型和濃度的表麵活性劑對材料力學性能的影響，進行了抗壓強度測試、密度測試及比強度(抗壓強度與密度的比值)計算，結果如圖10所示。未添加表麵活性劑的 K1 樣品比強度最高(21.34 MPa·cm3/g)。添加後比強度顯著下降，其中 Meap-k, CTAB 和 APG 的比強度均超過1.03 MPa·cm3/g，而 Tween-80 和 SDS 的比強度則低於0.60 MPa·cm3/g。M1試樣的比強度為2.01 MPa·cm3/g，隨著 Meap-k 摻量的增加，比強度呈現先降低後穩定的趨勢。S3試樣的比強度為0.56 MPa·cm3/g，添加 SDS 的試樣表現出先減小後增大的變化規律。

在添加 CTAB 的試樣中，C1, C2 和 C4 試樣的比強度相近，均在1.10 MPa·cm3/g左右。T2試樣的比強度為0.61 MPa·cm3/g，在五組樣品中相對較高。A1 和 A4 試樣的比強度分別為1.63 和 1.52 MPa·cm3/g，表現出較好的力學性能。表麵活性劑類型對比強度影響顯著，原因在於：摻 Meap-k 時，雖孔隙率高，但多孔結構緊實，比強度較高；CTAB 生成較多閉孔，APG 生成小孔徑分布孔隙，均有助於增加抗壓強度；而摻 SDS 時，地聚物結構較疏鬆；Tween-80 生成較大孔徑通孔，導致抗壓強度下降。

密度測試結果顯示，K1密度最大，為1.67 g/cm3。Meap-k 和 CTAB 的密度均先減後增，分別在 M2 和 S3 試樣達最低點(0.52 g/cm3)。CTAB 的密度隨摻量增加而持續下降。T2 試樣的密度在添加 Tween-80 的試樣中最低，為0.73 g/cm3。APG 的密度則呈現先增後減的變化趨勢。

綜合孔隙率、比強度和密度測試結果，確定幾種表麵活性劑最佳添加量：Meap-k 0.04%, SDS 3%, CTAB 2%, Tween-80 1%, APG 0.7%，以獲得最佳多孔地聚物性能。本研究揭示了表麵活性劑種類對多孔地聚物製備的顯著影響，表明通過調整表麵活性劑類型和用量，可定製材料性能以滿足應用需求。深入理解其作用機製，對探索不同類型表麵活性劑的協同效應至關重要，為地聚物性能優化提供了理論基礎。

Fig.10 不同表麵活性劑下多孔地聚物的比強度與密度

3 結論

本工作係統探討了五種表麵活性劑(Meap-k, APG, Tween-80, SDS, CTAB)對粉煤灰基多孔地聚物孔結構與力學性能的調控機製。實驗結果表明，所有表麵活性劑的引入均能顯著降低堿性溶液的表麵張力，並通過延緩漿料發泡進程、增強泡沫穩定性優化了發泡工藝。具體而言，表麵活性劑延長了氣泡形成與穩定時間，從而為形成均勻孔結構提供了動力學條件。XRD 和 FTIR 分析顯示，表麵活性劑的加入並未改變地聚物的物相組成和化學組成。進一步分析孔結構特征發現，不同表麵活性劑對孔形態與孔徑分布具有特異性調控作用，SEM 及孔徑分布測試顯示，表麵活性劑類型與添加量是決定孔結構的關鍵因素。

通過綜合評估比強度、密度與孔結構參數，五種表麵活性劑的性能排序為 Meap-k > APG > Tween-80 > SDS > CTAB。其中，Meap-k 在0.04%低添加量下即展現出最優異的調控效果，而 SDS, CTAB, Tween-80 和 APG 的最佳添加量分別為3%、2%、1%和0.7%。該研究為定向設計高性能多孔地聚物提供了理論依據與工藝優化方案。