專(zhuān)利名稱(chēng)：一種疏水型大尺寸塊體納米多孔SiO₂氣凝膠的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)納米多孔材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種納米多孔SiO2氣凝膠的制備方法。
背景技術(shù)：
SiO2氣凝膠是一種具有獨(dú)特納米多孔結(jié)構(gòu)的材料，其內(nèi)部分布著相互交織的三維網(wǎng)絡(luò)。這種特殊的結(jié)構(gòu)使其具有高孔隙率(能保持在85-95%，最高達(dá)99. 8% )、小孔洞尺寸(I IOOnm)、高比表面積(IOOOmVg)、低密度(O. 03-0. 2g/cm3)、小折射率(I. 01-11)、低聲速(100m/S)、超低熱導(dǎo)率0.015W/(m*K)等性能。眾多優(yōu)異的性能使其在藥物輸送體系、太陽(yáng)能收集器、催化、吸附、及美國(guó)宇航局用來(lái)捕獲太空高速粒子的切爾科夫輻射探測(cè)器等眾多領(lǐng)域得到應(yīng)用。SiO2氣凝膠的制備通常使用超臨界進(jìn)行干燥，成型效果較好，能保持納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但是，超臨界干燥需要的儀器復(fù)雜、價(jià)格昂貴，制備過(guò)程中涉及高溫高壓危險(xiǎn)性比較高，且對(duì)各個(gè)條件和參數(shù)的要求比較苛刻。因此，采用常壓干燥制備SiO2納米多孔氣凝膠是實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)和應(yīng)用的必然要求。而在制備SiO2濕凝膠的過(guò)程中，已報(bào)導(dǎo)的硅源材料有正硅酸酯類(lèi)(正硅酸甲酯，正硅酸四乙酯)、多聚硅烷、硅溶膠、水玻璃，以及更為廉價(jià)的稻殼或粉煤灰為硅源。采用硅酸酯(TE0S、TM0S等)及多聚硅烷為原料可以成功制備SiO2氣凝膠，但存在價(jià)格昂貴、成本高、毒性強(qiáng)等問(wèn)題。稻殼或粉煤灰為硅源，雖然價(jià)格低廉，但是制備工藝復(fù)雜，性能較低。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)眾多研究人員在降低制備成本的前提下，以水玻璃為硅源，使用一步酸或酸-堿兩步催化法來(lái)制備SiO2濕凝膠，將被修飾劑表面改性后的濕凝膠常壓干燥制備SiO2氣凝膠方面已取得較大的研究進(jìn)展。例如，同濟(jì)大學(xué)的沈軍等以廉價(jià)水玻璃為硅源，水為反應(yīng)溶劑，分別采用了 HF酸一步快速催化法和HNO3-NaOH酸堿兩步催化法，通過(guò)溶膠_凝膠技術(shù)制備出二氧化硅濕凝膠，采用三甲基氯硅烷(TMCS)和六甲基二硅醚0HMDS0)作為表面修飾劑，常壓狀態(tài)下制備出具有高保溫性能的納米多孔二氧化硅氣凝膠粉末。但是，目前在降低制備成本的前提下(使用廉價(jià)硅源)很難獲得成型性就好的SiO2氣凝膠塊體，SiO2氣凝膠粉末的保溫效果并不理想，同時(shí)降低了一些SiO2氣凝膠的使用性能(如疏水性、保溫效果)，限制了其應(yīng)用的廣泛性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供一種疏水型大尺寸塊體納米多孔SiO2氣凝膠的制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案本發(fā)明以一種水玻璃為硅源經(jīng)溶膠-凝膠法制備SiO2濕凝膠，經(jīng)過(guò)溶劑替換、表面改性、常壓干燥出高性能(超疏水性、超級(jí)絕熱等)的大尺寸納米多孔SiO2氣凝膠塊體。該方法原料成本低、制備工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備要求低，有利于工業(yè)化推廣生產(chǎn)疏水型大尺寸塊體納米多孔SiO2氣凝膠。本發(fā)明是基于在降低成本，適合工業(yè)化推廣的前提下通過(guò)常壓干燥來(lái)穩(wěn)定且快速的獲得無(wú)開(kāi)裂的疏水型SiO2納米多孔氣凝膠塊體的制備方法。本發(fā)明以水玻璃為原料，通過(guò)充滿(mǎn)強(qiáng)酸性苯乙烯陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的交換柱來(lái)除去鈉離子或者鉀離子，然后進(jìn)行溶劑替換和較緩和的表面基團(tuán)改性，常壓狀態(tài)下干燥制備出大尺寸疏水型塊體SiO2氣凝膠。該疏水型SiO2氣凝膠具有穩(wěn)定的超疏水性(室溫下的疏水角約135° -147° )、低密度(50-300mg/cm3)、高比表面積(500_1000m2/g)、大孔容(> 2. 9cm3/g)等優(yōu)點(diǎn)，并且室溫下其熱導(dǎo)率低至O. 015-0. 03ff/(m · K)。本發(fā)明制備的大尺寸疏水型塊體SiO2氣凝膠的物理性質(zhì)(疏水性、力學(xué)性能、導(dǎo)熱系數(shù)等)和微觀孔洞結(jié)構(gòu)表現(xiàn)優(yōu)異且受熱升溫過(guò)程(室溫-400°C)的影響較小。因而，隨著保溫材料在高溫環(huán)境下的應(yīng)用日益廣泛，這項(xiàng)發(fā)明已顯得非常重要。該發(fā)明一方面能制備出無(wú)開(kāi)裂的疏水型SiO2納米多孔氣凝膠大尺寸塊體；另一方面運(yùn)行成本低，操作流程簡(jiǎn)單，整個(gè)工藝對(duì)設(shè)備的要求大大降低，適合商業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。一種SiO2氣凝膠的制備方法，包含以下步驟(I)制備硅溶膠將水玻璃中加入去離子水進(jìn)行稀釋得到水玻璃溶液，然后通過(guò)交換柱來(lái)除去水玻璃溶液中的陽(yáng)離子，處理后的溶液PH值在2. 0-3. O之間，再加入堿性溶液調(diào)節(jié)pH值至4. 0-8. O,即可獲得娃溶膠；(2)濕凝膠的形成與老化將硅溶膠攪拌均勻后倒入模具中靜置，硅溶膠形成濕凝膠，然后，加入去離子水覆蓋濕凝膠的表面進(jìn)行老化；(3)濕凝膠的溶劑替換用有機(jī)溶劑對(duì)步驟(2)老化完畢的濕凝膠進(jìn)行溶劑替換，置換出濕凝膠孔洞內(nèi)殘留的去離子水；(4)濕凝膠的表面修飾/溶劑替換將溶劑替換完畢的濕凝膠浸泡于硅氧烷溶劑和鹽酸的混合液中，進(jìn)行濕凝膠的孔洞表面基團(tuán)改性，在改性時(shí)硅氧烷溶劑與濕凝膠孔洞內(nèi)的醇類(lèi)有機(jī)溶劑同時(shí)進(jìn)行著溶劑替換；
(5)常壓干燥最后，將步驟(4)制得的濕凝膠進(jìn)行常壓干燥，自然冷卻至室溫后便可獲得疏水型大尺寸SiO2氣凝膠塊體。所述的步驟(I)中，用來(lái)稀釋的去離子水與水玻璃的體積比為O. 5-10 I。所述的步驟(I)中，陽(yáng)離子為鈉離子和/或鉀離子。所述的步驟(I)中，堿液為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液或氨水，其中堿液的濃度為 l-5mol/L。所述的步驟⑴中，交換柱中充滿(mǎn)強(qiáng)酸性苯乙烯陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。所述的步驟(2)中，模具為玻璃器皿或者塑料器具等。所述的步驟(2)中，攪拌時(shí)間為O. 5-6小時(shí)。所述的步驟⑵中，老化時(shí)間為3_8h。
所述的步驟(2)中，濕凝膠與覆蓋其表面的去離子水體積比為3-8 I。所述的步驟(3)中，有機(jī)溶劑選自甲醇、無(wú)水乙醇、異丙醇、丙酮或正己烷。所述的步驟(3)中，溶劑替換采用浸泡法，有機(jī)溶劑與濕凝膠的體積比為1-5 I。所述的步驟(3)中，置換時(shí)間8-48小時(shí),置換次數(shù)為1-4次。所述的步驟⑷中，混合液中硅氧烷溶劑和鹽酸的體積比為6-10 I。所述的步驟(4)中，所述的硅氧烷溶劑為六甲基二硅氧烷、六甲基二硅氮烷、甲基二甲氧基娃燒或甲基二乙氧基娃燒。所述的步驟(4)中，濕凝膠的孔洞表面基團(tuán)改性采用浸泡法。所述的步驟(4)中，作為表面基團(tuán)改性劑的硅氧烷溶劑和鹽酸的混合液與濕凝膠的體積比為I : 1-5。所述的步驟(4)中，處理溫度為40_90°C。所述的步驟(4)中，處理時(shí)間為12-36小時(shí)。所述的步驟(5)中，常壓干燥的過(guò)程為在60°C、80°C和120°C下各干燥兩小時(shí)，干
燥氣氛為空氣。所述的步驟⑴的操作溫度為室溫，步驟(2)的操作溫度為常溫。所述的SiO2氣凝膠的比表面積為500 1000m2/g，優(yōu)選650_1000m2/g。所述的SiO2氣凝膠的平均孔徑為15_25nm。所述的SiO2氣凝膠的常溫下疏水角范圍120° -155°，優(yōu)選128-147°。本發(fā)明提出的方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比I.采用工業(yè)級(jí)水玻璃為硅源，去除鈉離子或者鉀離子的辦法來(lái)制備二氧化硅濕凝膠，原料成本低，工藝成熟。2.采用溶劑替換的過(guò)程時(shí)間較短，效果較好，能保持SiO2濕凝膠的孔洞結(jié)構(gòu)。3.在修飾的過(guò)程中表面處理劑不進(jìn)入濕凝膠內(nèi)部，表面處理劑的用量大大減少，而且凝膠經(jīng)老化后表面結(jié)構(gòu)已經(jīng)成型，不易被破壞，表面處理劑也易于回收利用，大大降低成本。同時(shí)給出的表面處理SiO2濕凝膠的方法，改性過(guò)程比較緩和，在一定溫度下進(jìn)行可逆反應(yīng),表面處理效果較好。4.干燥過(guò)程是在空氣氣氛下常壓狀態(tài)中進(jìn)行，降低成本的同時(shí)風(fēng)險(xiǎn)較低，易于操作。5.同其他使用常壓干燥過(guò)程制備的SiO2氣凝膠粉末想比，本方法能快速且穩(wěn)定的獲得性能優(yōu)異的SiO2納米多孔氣凝膠為疏水型大尺寸塊體，并且在一定的溫度范圍內(nèi)具備穩(wěn)定的超疏水性能。本制備方法適用于不同的工業(yè)化進(jìn)程，可應(yīng)用性強(qiáng)。6.大尺寸疏水型塊體納米多孔SiO2氣凝膠經(jīng)測(cè)試表明其具備較高的比表面積(500 1000m2w/g)、較低的密度(O. 05-0. 3g/cm3)、較低的熱導(dǎo)率 O. 015-0. 03K/(m · k)，在室溫至400°C有較穩(wěn)定的疏水性能(147° -128° )。由此得出本發(fā)明制備的SiO2氣凝膠吸附和保溫隔熱性能優(yōu)異，在保溫和節(jié)能領(lǐng)域會(huì)有很好的應(yīng)用前景。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例中二氧化硅氣凝膠未經(jīng)過(guò)處理的疏水性能測(cè)試。圖2是本發(fā)明實(shí)施例中二氧化硅氣凝膠經(jīng)過(guò)400°C高溫處理后的疏水性能測(cè)試。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方案如下實(shí)施例I(I) IOml純凈的工業(yè)級(jí)水玻璃(溶液的物質(zhì)的量比n (Na2O) n (SiO2)=I 3. I)中加40ml的去離子水稀釋?zhuān)覝叵聦⑾♂屢和ㄟ^(guò)充滿(mǎn)強(qiáng)酸性苯乙烯陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的交換柱(直徑2cmX高50cm)來(lái)除去水玻璃中的鈉離子和其他陽(yáng)離子。處理后的溶液PH值為3. 0，再加入lmol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至6. O ;(2)攪拌30min后將硅溶膠倒入聚乙烯模具中靜置等待形成濕凝膠。在濕凝膠表面覆蓋IOml的去離子水，體積為濕凝膠的1/5，使其室溫下老化約5小時(shí)；(3)將濕凝膠置于IOOml的無(wú)水乙醇中浸泡24小時(shí)，其間至少更換乙醇兩次，濕凝膠與無(wú)水乙醇的體積比為I : 2。(4)然后將SiO2濕凝膠浸泡到50ml六甲基二硅氧烷和5ml鹽酸混合液中進(jìn)行表面改性，濕凝膠與混合液的體積比為1，在40°C下修飾36小時(shí)；(5)常壓狀態(tài)下將SiO2濕凝膠于60、80和120°C下各干燥兩小時(shí)，自然冷卻至室溫后便可制得大尺寸疏水型塊體SiO2納米多孔氣凝膠。用型號(hào)JC2000A的靜滴接觸角/表面張力測(cè)試儀測(cè)試水滴在室溫下和400°C熱處理后的SiO2氣凝膠表面的疏水角為147°和128° (圖1，2)。其樣品直徑為5cm，比表面積為871m2/g，表觀密度O. 116g/cm3,孔徑分布峰值為22nm，室溫下其熱導(dǎo)率為O. 022w/(m · K) ο實(shí)施例2(l)5ml純凈的水玻璃(溶液的物質(zhì)的量比n(Na2O) n(SiO2) = I 3. I)中加35ml的去離子水稀釋?zhuān)覝叵聦⑾♂屢和ㄟ^(guò)充滿(mǎn)強(qiáng)酸性苯乙烯陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的交換柱(直徑2cmX高50cm)來(lái)除去水玻璃中的鈉離子和其他陽(yáng)離子。處理后的溶液pH值為2. 5，再加入2mol/L的氨水溶液調(diào)節(jié)pH值至8. 0，(2)攪拌2小時(shí)后將硅溶膠倒入玻璃容器中靜置等待形成濕凝膠。在濕凝膠的表面覆蓋5ml的去離子水，使其室溫下老化約7小時(shí)。(3)將濕凝膠置于120ml的甲醇中浸泡24小時(shí)，其間至少更換甲醇三次，濕凝膠與甲醇的體積比為I : 3。(4)然后將SiO2濕凝膠浸泡到17. 5ml甲基三甲氧基硅烷和2. 5ml鹽酸的混合液中進(jìn)行表面改性，濕凝膠與混合液的體積比為2 1，在50°C下修飾24小時(shí)；(5)常壓狀態(tài)下將濕凝膠于60、80和120°C下各干燥兩小時(shí)，自然冷卻至室溫后便可制得大尺寸疏水型塊體SiO2納米多孔氣凝膠。用型號(hào)JC2000A的靜滴接觸角/表面張力測(cè)試儀測(cè)試水滴在室溫下和400°C熱處理后的SiO2氣凝膠表面的疏水角為145°和129°。其樣品直徑為6cm，比表面積為651m2/g，表觀密度O. 093g/cm3,孔徑分布峰值為21nm，室溫下其熱導(dǎo)率為O. 02w/ (m · K)。實(shí)施例3(l)5ml純凈的水玻璃(溶液的物質(zhì)的量比n(Na2O) n(SiO2) = I 3. I)中加50ml的去離子水稀釋?zhuān)覝叵聦⑾♂屢和ㄟ^(guò)充滿(mǎn)強(qiáng)酸性苯乙烯陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的交換柱(直徑2cmX高50cm)來(lái)除去水玻璃中的鈉離子和其他陽(yáng)離子。處理后的溶液pH值為2. 0，再加入5mol/L的氫氧化鉀溶液調(diào)節(jié)pH值至4. 0，(2)攪拌6小時(shí)后將硅溶膠倒入玻璃容器中靜置等待形成濕凝膠。在濕凝膠的表面覆蓋7ml的去離子水，使其室溫下老化約8小時(shí)。(3)將濕凝膠置于55ml的丙酮中浸泡48小時(shí)，其間至少更換丙酮4次，濕凝膠與丙酮的體積比為I : I。(4)然后將SiO2濕凝膠浸泡到IOml六甲基二硅氧烷和Iml鹽酸的混合液中進(jìn)行表面改性，濕凝膠與混合液的體積比為5 1，在90°C下修飾12小時(shí)；
(5)常壓狀態(tài)下將濕凝膠于60、80和120°C下各干燥兩小時(shí)，自然冷卻至室溫后便可制得大尺寸疏水型塊體SiO2納米多孔氣凝膠。用型號(hào)JC2000A的靜滴接觸角/表面張力測(cè)試儀測(cè)試水滴在室溫下和400°C熱處理后的SiO2氣凝膠表面的疏水角為146°和129°。其樣品直徑為5. 5cm,比表面積為701m2/g，表觀密度O. 087g/cm3，孔徑分布峰值為23nm，室溫下其熱導(dǎo)率為O. 018w/(m · K)。實(shí)施例4(I) IOml純凈的水玻璃(溶液的物質(zhì)的量比n(Na2O) n(SiO2) = I 3· I)中加5ml的去離子水稀釋?zhuān)覝叵聦⑾♂屢和ㄟ^(guò)充滿(mǎn)強(qiáng)酸性苯乙烯陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的交換柱(直徑2cmX高50cm)來(lái)除去水玻璃中的鈉離子和其他陽(yáng)離子。處理后的溶液pH值為2. 5，再加入4mol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至5. 0，(2)攪拌6小時(shí)后將硅溶膠倒入玻璃容器中靜置等待形成濕凝膠。在濕凝膠的表面覆蓋5ml的去離子水，使其室溫下老化約3小時(shí)。(3)將濕凝膠置于75ml的異丙醇中浸泡36小時(shí)，其間至少更換異丙醇3次，濕凝膠與異丙醇的體積比為I : 5。(4)然后將SiO2濕凝膠浸泡到4. 3ml六甲基二硅氮烷和O. 7ml鹽酸混合液中進(jìn)行表面改性，濕凝膠與混合液的體積比為3 1，在70°C下修飾36小時(shí)；(5)常壓狀態(tài)下將濕凝膠于60、80和120°C下各干燥兩小時(shí)，自然冷卻至室溫后便可制得大尺寸疏水型塊體SiO2納米多孔氣凝膠。用型號(hào)JC2000A的靜滴接觸角/表面張力測(cè)試儀測(cè)試水滴在室溫下和400°C熱處理后的SiO2氣凝膠表面的疏水角為145°和130°。其樣品直徑為6. 5cm,比表面積為694m2/g，表觀密度O. 125g/cm3，孔徑分布峰值為24nm，室溫下其熱導(dǎo)率為O. 025w/ (m · K)。對(duì)于實(shí)施案例1-4中得出的樣品進(jìn)行分析可知，本方法在使用廉價(jià)硅源的前提下，經(jīng)過(guò)常壓干燥能制備出無(wú)開(kāi)裂的疏水型大尺寸塊體納米多孔SiO2氣凝膠。該SiO2氣凝膠塊體經(jīng)測(cè)試結(jié)果與常壓干燥制備的SiO2氣凝膠粉末想比，不僅具備較高的比表面積(650 1000m2/g)、較低的密度(< O. I g/cm3)、較低的熱導(dǎo)率< O. 025K/ (m · k)，而且在室溫至400°C有較穩(wěn)定的疏水性能(疏水角147° -128° )。由此可得出本發(fā)明制備的疏水型大尺寸塊體納米多孔SiO2氣凝膠塊體不僅附和保溫隔熱方面性能優(yōu)異，而在保溫和節(jié)能領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的
一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例,本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范 圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種SiO2氣凝膠的制備方法，其特征在于包含以下步驟 (1)制備硅溶膠 將水玻璃中加入去離子水進(jìn)行稀釋得到水玻璃溶液，然后通過(guò)交換柱來(lái)除去水玻璃溶液中的陽(yáng)離子，處理后的溶液PH值在2. 0-3. O之間，再加入堿性溶液調(diào)節(jié)pH值至4. 0-8. 0，即可獲得硅溶膠； (2)濕凝膠的形成與老化 將硅溶膠攪拌均勻后倒入模具中靜置，硅溶膠形成濕凝膠，然后，加入去離子水覆蓋濕凝膠的表面進(jìn)行老化； (3)濕凝膠的溶劑替換 用有機(jī)溶劑對(duì)步驟(2)老化完畢的濕凝膠進(jìn)行溶劑替換，置換出濕凝膠孔洞內(nèi)殘留的去離子水； (4)濕凝膠的表面修飾/溶劑替換 將溶劑替換完畢的濕凝膠浸泡于硅氧烷溶劑和鹽酸的混合液中，進(jìn)行濕凝膠的孔洞表面基團(tuán)改性，在改性時(shí)硅氧烷溶劑與濕凝膠孔洞內(nèi)的醇類(lèi)有機(jī)溶劑同時(shí)進(jìn)行著溶劑替換； (5)常壓干燥 最后，將步驟(4)制得的濕凝膠進(jìn)行常壓干燥，自然冷卻至室溫后便可獲得納米多孔SiO2氣凝膠塊體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在干所述的步驟(I)中，用來(lái)稀釋的去離子水與水玻璃的體積比為O. 5-10 I ； 或所述的步驟(I)中，陽(yáng)離子為鈉離子和/或鉀離子。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述的步驟(I)中，堿液為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液或氨水，其中堿液的濃度為l_5mol/L ； 或所述的步驟(I)中，交換柱中充滿(mǎn)強(qiáng)酸性苯こ烯陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述的步驟(2)中，模具為玻璃器皿或者塑料器具； 或所述的步驟(2)攪拌時(shí)間為O. 5-6小時(shí)； 或所述的步驟(2)中，老化時(shí)間為3-8h。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述的步驟(2)中，濕凝膠與覆蓋其表面的去離子水體積比為3-8 I。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于；所述的步驟(3)中，有機(jī)溶劑選自甲醇、無(wú)水こ醇、異丙醇、丙酮或正己烷； 或所述的步驟(3)中，溶劑替換采用浸泡法，有機(jī)溶劑與濕凝膠的體積比為1-5 I ； 或所述的步驟(3)中，置換時(shí)間8-48小時(shí),置換次數(shù)為1-4次。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在干所述的步驟(4)中，混合液中硅氧烷溶劑和鹽酸的體積比為6-10 I ； 或所述的步驟(4)中，所述的硅氧烷溶劑為六甲基ニ硅氧烷、六甲基ニ硅氮烷、甲基三甲氧基娃燒或甲基ニこ氧基娃燒； 或所述的步驟(4)中，濕凝膠的孔洞表面基團(tuán)改性采用浸泡法。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在干所述的步驟(4)中，作為表面基團(tuán)改性劑的硅氧烷溶劑和鹽酸的混合液與濕凝膠的體積比為I : 1-5; 或所述的步驟(4)中，處理溫度為40-90°C ； 或所述的步驟(4)中，處理時(shí)間為12-36小時(shí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在干所述的步驟(5)中，常壓干燥的過(guò)程為在60°C、80°C和120°C下各干燥兩小時(shí)，干燥氣氛為空氣； 或所述的步驟(I)的操作溫度為室溫，步驟(2)的操作溫度為常溫。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述的SiO2氣凝膠的比表面積為500 IOOOmVg ;優(yōu)選 650-1000m2/g ； 或所述的SiO2氣凝膠的平均孔徑為15-25nm ； 或所述的SiO2氣凝膠的常溫下疏水角范圍120° -155°，優(yōu)選128-147°。
全文摘要
本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)納米多孔材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種SiO2氣凝膠的制備方法，包括以下步驟(1)硅溶膠的制備，(2)濕凝膠的形成與老化，(3)濕凝膠的溶劑置換，(4)濕凝膠的表面修飾/溶劑替換，(5)常壓干燥。本制備方法工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，適合規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用。制備的疏水型大尺寸塊體納米多孔SiO2氣凝膠經(jīng)測(cè)試表明其具備較高的比表面積、較低的密度、較低的熱導(dǎo)率，在室溫至400℃有較穩(wěn)定的疏水性能。由此得出本發(fā)明制備的SiO2氣凝膠吸附和保溫隔熱性能優(yōu)異，在保溫和節(jié)能領(lǐng)域會(huì)有很好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C01B33/158GK102659120SQ20121011469
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月18日
發(fā)明者倪星元, 劉光武, 周斌, 張志華, 沈軍, 虞秋捷 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)