專利名稱：粉煤灰和硅藻土復(fù)合制備SiO₂氣凝膠方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由粉煤灰和硅藻土復(fù)合制備SiO2氣凝膠材料的方法，屬于功能材料制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
SiO2氣凝膠是一種由納米量級粒子聚集并以空氣為分散介質(zhì)的新型非晶固態(tài)材料，它具有納米結(jié)構(gòu)(孔洞為1 lOOnm，骨架顆粒為1 20nm)、低體積密度(0. 01 0. 2g/ cm3)、大比表面積(最高可達(dá)800 1000m2/g)、高孔隙率(可高達(dá)80% 99. 8% )、低熱導(dǎo)率(常溫下單顆粒氣凝膠0. 013 0. 02ff/m · K，氣凝膠顆粒堆積0. 4ff/m2 · K)等特點(diǎn)，在保溫絕熱材料、光學(xué)、聲學(xué)、電學(xué)、催化、藥物載體、吸附材料等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用前景。然而，由于二氧化硅氣凝膠材料在高溫下的熱導(dǎo)率急劇增大，很大程度上限制了其在保溫絕熱材料的應(yīng)用，此外由于氣凝膠是由納米量級尺寸的SiO2顆粒堆積而成，且孔隙率大，因此其強(qiáng)度很低，脆性較大，極大地限制了其在各領(lǐng)域的應(yīng)用?，F(xiàn)有制備氣凝膠的硅源主要有 正硅酸乙酯、聚乙氧基二硅氧烷、甲基三甲氧基硅烷、四氯化硅等有機(jī)硅化合物，本發(fā)明采用廉價粉煤灰和硅藻土復(fù)合作為硅源，大大降低了氣凝膠的生產(chǎn)成本。發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的氣凝膠材料制備成本高、生產(chǎn)周期長的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種低成本制備硅氣凝膠材料的方法。該制備方法的核心內(nèi)容是在以優(yōu)質(zhì)粉煤灰和硅藻土復(fù)合作為硅源，通過一系列工藝制備S^2氣凝膠材料，該制備工藝的反應(yīng)條件容易實(shí)現(xiàn)，且生產(chǎn)周期短、成本低，所得的SW2氣凝膠基本性能指標(biāo)上達(dá)到現(xiàn)有的以工業(yè)水玻璃為硅源所制備的S^2氣凝膠的技術(shù)性能指標(biāo)。
本發(fā)明之粉煤灰和硅藻土復(fù)合制得的S^2氣凝膠材料的制備工藝，包括了粉煤灰和硅藻土原料機(jī)械活化處理、SiO2溶膠制備、濕凝膠制備、老化、一步溶劑交換/表面改性、 常壓干燥六個步驟。所述SiO2溶膠制備采用了以下工藝
A.以粉煤灰和硅藻土為原料，在一定溫度下活化一段時間后按照一定質(zhì)量比混合；所述溫度為300 800°C，時間為IOmin 90min，所述特定比例是指質(zhì)量比，粉煤灰和硅藻土質(zhì)量比最佳值在在12 31之間。
B.按特定比例在一定溫度下與一定濃度的溶液堿混合反應(yīng)一段時間，對反應(yīng)后混合物進(jìn)行抽濾，用蒸餾水以一定比例對濾液進(jìn)行稀釋，過強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂；所述反應(yīng)溫度最佳值為70 120°C，堿濃度為在5% 20%之間，反應(yīng)時間最佳值在0.證 M!之間；所述濾液與蒸餾水稀釋比例最佳值在1 0. 5 1 5之間；
C.待其在自然條件下凝膠后浸入有機(jī)溶劑溶液中老化，將老化后的凝膠浸入一定比例的乙醇/三甲基氯硅烷/正己烷混合溶液中，使得溶劑交換表面改性在一步內(nèi)完成，最后將改性后的有機(jī)凝膠在常溫常壓下進(jìn)行干燥一段時間，即得S^2氣凝膠材料。所述混合溶液中乙醇與三甲基氯硅烷摩爾比比例為1 0.5 1 3之間，所述干燥時間為40°C 60°C下干燥2 6h，80°C 150°C下干燥1 3h。
所述堿可以選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、氨水寸。
所述有機(jī)溶劑可以選自甲醇、乙醇、丙醇、叔丁醇等。
本發(fā)明之粉煤灰和硅藻土復(fù)合制得的氣凝膠材料與采用水玻璃為硅源制備的氣凝膠性能相近，且生產(chǎn)工藝簡單、降低了生產(chǎn)成本，可以廣泛應(yīng)用于保溫絕熱材料、環(huán)保吸附材料等，在建筑材料、航空航天、環(huán)境環(huán)保等領(lǐng)域都有廣泛的用途。


圖ι是本發(fā)明之低成本常壓干燥制得的SiA氣凝膠的照片。
圖2是本發(fā)明之低成本常壓干燥制得的SiA氣凝膠的工藝流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的實(shí)施例。
實(shí)施例1
粉煤灰50g，在800°C馬弗爐中活化60min ；硅藻土 50g，在600°C馬弗爐中焙燒汕， 與粉煤灰混合后加入到500mL的10%濃度的NaOH溶液中，80°C下反應(yīng)150min，過濾取濾液，用蒸餾水以1 1比例稀釋，過陽離子樹脂，控制PH為2-3，，用氨水滴定至pH=5.5，所得水凝膠在30°C下老化，然后用乙醇、正己烷、三甲基氯硅烷進(jìn)行溶劑交換/表面改性，乙醇與三甲基氯硅烷摩爾比為2 3，三甲基氯硅烷與濕凝膠體積比為1 1，時間為Mh。再將其置于80°C的烘箱中干燥2h，150下干燥lh，即制得SW2氣凝膠，其比表面積為531. 7m2/ g，密度為0. 129g/cm3,內(nèi)部微孔平均孔徑為25nm。
實(shí)施例2
粉煤灰70g，硅藻土 50g，在700°C馬弗爐中活化70min ；硅藻土 50g，在500°C馬弗爐中焙燒4h，過200目篩，與粉煤灰混合后加入到500mL的15%濃度的NaOH溶液中，90°C 下反應(yīng)120min，過濾取濾液，用蒸餾水以1 2比例稀釋，過陽離子樹脂，控制pH為2_3，， 用氨水滴定至PH = 6.0，所得水凝膠在30°C下老化，然后用乙醇、正己烷、三甲基氯硅烷進(jìn)行溶劑交換/表面改性，乙醇與三甲基氯硅烷摩爾比為1 1，三甲基氯硅烷與濕凝膠體積比為1 1. 5，時間為48h。再將其置于80°C的烘箱中干燥4h，150下干燥lh，即制得SW2 氣凝膠，其比表面積為M8. 4m2/g，密度為0. 105g/cm3,內(nèi)部微孔平均孔徑為18nm。
權(quán)利要求
1.一種粉煤灰和硅藻土復(fù)合制備SW2氣凝膠方法，其特征在于，A.以粉煤灰和硅藻土為原料，在300 800°C下活化后混合，時間為IOmin 90min； 粉煤灰和硅藻土混合的質(zhì)量比在12 31之間；B.按比例在70 120°C下與堿溶液混合反應(yīng)，對反應(yīng)后混合物進(jìn)行抽濾，用蒸餾水對濾液進(jìn)行稀釋，過強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂；堿溶液的濃度為在5% 20%之間，反應(yīng)時間在 0. 5h 他之間；所述濾液與蒸餾水稀釋比例在1 0. 5 1 5之間；C.待其在自然條件下凝膠后浸入有機(jī)溶劑溶液中老化，將老化后的凝膠浸入乙醇/三甲基氯硅烷/正己烷混合溶液中，使得溶劑交換表面改性在一步內(nèi)完成，最后將改性后的有機(jī)凝膠在常溫常壓下進(jìn)行干燥一段時間，即得SiO2氣凝膠材料；混合溶液中乙醇與三甲基氯硅烷摩爾比為1 0. 5 1 3之間；干燥時間為40°C 60°C下干燥2 6h，80°C 150°C下干燥1 3h。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粉煤灰和硅藻土復(fù)合制備Si02氣凝膠方法，其特征在于，所述堿選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、氨水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粉煤灰和硅藻土復(fù)合制備Si02氣凝膠方法，其特征在于，所述有機(jī)溶劑選自甲醇、乙醇、丙醇、叔丁醇。
全文摘要
本發(fā)明提供一種粉煤灰和硅藻土復(fù)合制備SiO2氣凝膠方法，包括粉煤灰和硅藻土的中溫機(jī)械活化、SiO2溶膠制備、濕凝膠制備、母液老化、一步溶劑交換表面改性、常壓干燥六個步驟，得到的SiO2氣凝膠與以水玻璃為硅源的氣凝膠材料性能相近，因采用了粉煤灰和硅藻土復(fù)合作為廉價硅源及常壓干燥工藝，使得生產(chǎn)成本得到大幅度降低，使得在建筑材料、保溫隔熱、環(huán)保吸附等領(lǐng)域有更廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號C01B33/16GK102515182SQ20111044578
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者宋凱, 王寶民 申請人:大連理工大學(xué)