專利名稱：一種塊狀C-Al₂O₃復(fù)合氣凝膠的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于具有高溫隔熱特征無(wú)機(jī)納米材料制備的技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種塊狀 C-Al2O3復(fù)合氣凝膠的制備方法，尤其采用一種CO2超臨界法制備塊狀C-Al2O3復(fù)合氣凝膠的方法。
背景技術(shù)：
氣凝膠材料是一種新型的多孔材料，其具有比表面積大、孔隙率高、密度低、折射率低、吸附性強(qiáng)、典型的分形結(jié)構(gòu)多種獨(dú)特的性質(zhì)，已經(jīng)多個(gè)研究領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。Al2O3氣凝膠是一種納米多孔材料，具有密度低、比表面積大、孔隙率高以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較大等優(yōu)良特性氣凝膠還具有最低聲速和最低電阻率，而且在保溫、隔音、環(huán)保、催化、吸附和高性能電容等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。碳凝膠是一種質(zhì)輕、大比表面積、納米級(jí)的中孔碳材料，它中孔發(fā)達(dá)、導(dǎo)電性良好、電化學(xué)性能穩(wěn)定，是制備高比能量、高比功率電化學(xué)電容器的理想電極材料。C-Al2O3復(fù)合氣凝膠是結(jié)合了上述兩種凝膠材料的優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)于純Al2O3氣凝膠、碳凝膠將在性能有進(jìn)一步的突破。普通的Al2O3氣凝膠研究與其它體系氣凝膠一樣，存在著工藝繁瑣、周期長(zhǎng)、影響因素多、收縮率大、強(qiáng)度低等問題，主要是由于無(wú)機(jī)鹽本身結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定引起的。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)硅、碳體系氣凝膠研究外，對(duì)C-Al2O3復(fù)合體系氣凝膠的系統(tǒng)性研究還沒有相關(guān)報(bào)道。因此，對(duì)塊狀C-Al2O3復(fù)合氣凝膠材料的制備研究對(duì)于優(yōu)化材料的性能以及加強(qiáng)材料的應(yīng)用具有深遠(yuǎn)的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了改善目前所研究的硅、鋁等體系氣凝膠強(qiáng)度較低、高溫?zé)岱€(wěn)定性差等缺點(diǎn)而提供一種具有較高強(qiáng)度、耐高溫1000°c以上高溫隔熱型塊狀C-Al2O3復(fù)合氣凝膠的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種塊狀C-Al2O3復(fù)合氣凝膠的制備方法，其具體步驟如下(1)將氯化鋁結(jié)晶體、水、乙醇均勻攪拌，得到澄清的淡黃色的氯化鋁結(jié)晶體水解溶液；(2)向氯化鋁結(jié)晶體水解溶液中加入甲醛、間苯二酚、水、乙醇、環(huán)氧丙烷和反應(yīng)催化劑反應(yīng)，攪拌均勻，得到C-Al2O3復(fù)合氣凝膠溶膠溶液；(3)將步驟⑵中得到的C-Al2O3復(fù)合氣凝膠溶膠溶液倒入模具中反應(yīng)至凝膠，放置5 20h ；(4)向步驟(3)中模具中凝膠加入老化液，進(jìn)行老化處理并置換雜質(zhì)離子，置換 3 5次，每次12 24h ；(5)將步驟(4)中置換好的濕凝膠放置50 70°C烘箱老化5 7d，取出；(6)將步驟(5)中處理好的樣品進(jìn)行干燥處理；
(7)將步驟(6)中處理好的樣品在惰性氣體的保護(hù)下進(jìn)行熱處理，最終得到塊狀 C-Al2O3復(fù)合氣凝膠；其中步驟(1)中水和乙醇摩爾比為1 0. 2 5，氯化鋁結(jié)晶體水解溶液質(zhì)量濃度控制為15% 20%;步驟(2)中加入水、乙醇溶劑，控制步驟(2)反應(yīng)過(guò)程中的反應(yīng)物甲醛、間苯二酚和環(huán)氧丙烷的總質(zhì)量濃度為8% 20% ；其中氯化鋁結(jié)晶體間苯二酚甲醛環(huán)氧丙烷摩爾比為(1 2) (1 2) (1 2) (7 15)；間苯二酚與反應(yīng)催化劑的摩爾比為(50 500) 1。優(yōu)選步驟(2)中所述的反應(yīng)催化劑為無(wú)水碳酸鈉、氫氧化鈉或者氫氧化鈣。優(yōu)選步驟(4)中所述的老化液至少為乙醇或去離子水中的一種。優(yōu)選步驟(6)中所述的干燥處理為CO2超臨界干燥法；其中CO2超臨界干燥法采用CO2氣體保護(hù)，反應(yīng)溫度為45 50°C，高壓反應(yīng)釜壓力控制在6 12MP，反應(yīng)時(shí)間為1 2d。優(yōu)選步驟(7)中所述的熱處理溫度在800 1300°C之間；熱處理時(shí)間為5h IOh ；優(yōu)選步驟(7)中所述的惰性保護(hù)氣體為氬氣或氦氣。有益效果1、本發(fā)明采用超臨界干燥技術(shù)制備出C-Al2O3復(fù)合塊狀氣凝膠。首先通過(guò)溶膠凝膠法制備出C-Al2O3復(fù)合氣凝膠濕凝膠體系，再利用超臨界干燥技術(shù)制備出孔隙均勻、比表面積較大(以A1、C摩爾比1 1為例，比表面積為550 800m2/g ； 1000 1300°C處理5h 后，比表面積為300 465m2/g)、強(qiáng)度高(以六1、(摩爾比1 1為例，按25%變形時(shí)的壓縮強(qiáng)度為1448kPa，是一般Si、Al體系的氣凝膠的壓縮強(qiáng)度的數(shù)幾十倍)的C-Al2O3復(fù)合塊狀氣凝膠。此法制備的C-Al2O3復(fù)合塊狀氣凝膠不需要多余的繁瑣步驟，制備過(guò)程簡(jiǎn)單容易操作。2、本發(fā)明制備的C-Al2O3復(fù)合塊狀氣凝膠，采用的是廉價(jià)的無(wú)機(jī)鹽作為鋁源，再結(jié)合碳?xì)饽z良好的機(jī)械性能進(jìn)行C-Al2O3復(fù)合制備氣凝膠制備，目前以C-Al2O3復(fù)合制備氣凝膠國(guó)內(nèi)外還沒有相關(guān)報(bào)道，由于C-Al2O3復(fù)合塊狀氣凝膠不僅具備氣凝膠的所有特征，更重要的是其強(qiáng)度很高，是傳統(tǒng)方法制備的氣凝膠無(wú)法超越的，所以此發(fā)明非常具有意義，將會(huì)在各個(gè)領(lǐng)域得到更好的應(yīng)用。


圖1是實(shí)施例1所制備的塊狀C-Al2O3復(fù)合氣凝膠的SEM照片。
具體實(shí)施例方式實(shí)例1將氯化鋁結(jié)晶體、間苯二酚、甲醛按摩爾比1 1 1配置制備C-Al2O3復(fù)合氣凝膠。第一步稱取0. Imol的結(jié)晶氯化鋁倒入500ml燒杯中，再向燒杯中加入乙醇90ml， 去離子水60ml充分均勻攪拌，直至溶液為淡黃色澄清氯化鋁結(jié)晶體水解溶液，質(zhì)量濃度為 15.55%。第二步再向第一步水解溶液中加入0. Imol的間苯二酚(白色針狀結(jié)晶)，乙醇 60ml、甲醛13. 5ml、去離子水40ml,0. 053g反應(yīng)催化劑無(wú)水碳酸鈉(摩爾比R/C = 200，其中R代表間苯二酚，C代表無(wú)水碳酸鈉)充分均勻攪拌，直至溶液完全澄清。最后，向上述混合溶液中加入104. 96ml網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成誘導(dǎo)劑環(huán)氧丙烷(摩爾比Al/D = 1 15，其中D代表環(huán)氧丙烷)，充分均勻攪拌30 60min，直至溶液完全均勻、澄清，從而得到C-Al2O3復(fù)合氣凝膠溶膠溶液(其中總反應(yīng)物(甲醛、間苯二酚和環(huán)氧丙烷)濃度為9. 89wt%)，倒入模具，等待凝膠。室溫凝膠時(shí)間大約8h，凝膠后，利用乙醇作為老化液，置換濕凝膠中的雜質(zhì)離子，置換3次，每次24h。最后，再將模具中的濕凝膠放入50°C烘箱進(jìn)行高溫老化5d， 使其充分反應(yīng)。再將C-Al2O3復(fù)合濕凝膠放入高溫高壓釜中，利用CO2超臨界干燥法對(duì)樣品進(jìn)行干燥，其中CO2壓力控制在lOMPa，控制溫度在50°C，超臨界干燥時(shí)間為48h。最后，對(duì)樣品進(jìn)行1300°C溫度熱處理5h，得到塊狀C-Al2O3復(fù)合氣凝膠。所制備的塊狀C-Al2O3復(fù)合氣凝膠的SEM圖如圖1所示從圖上可以看出得到塊狀C-Al2O3復(fù)合氣凝膠為多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且空隙分布均勻；經(jīng)過(guò)表征發(fā)現(xiàn)，該氣凝膠熱處理前的比表面積為676m2/g，熱處理后為 425m2/g，壓縮強(qiáng)度按25%厚度變形量計(jì)算，壓縮強(qiáng)度為1448kPa。實(shí)例2將氯化鋁結(jié)晶體、間苯二酚、甲醛按摩爾比2 1 1配置制備C-Al2O3復(fù)合氣凝膠。第一步稱取0. 2mol的結(jié)晶氯化鋁倒入500ml燒杯中，再向燒杯中加入乙醇160ml，去離子水IOOml充分均勻攪拌，直至溶液為淡黃色澄清氯化鋁結(jié)晶體水解溶液，質(zhì)量濃度為 17.58%。第二步再向第一步水解溶液中加入0. Imol的間苯二酚(白色針狀結(jié)晶)，乙醇 20ml、甲醛13. 5ml、去離子水30ml,0. 053g反應(yīng)催化劑無(wú)水碳酸鈉(摩爾比R/C = 200)充分均勻攪拌，直至溶液完全澄清。最后，向上述混合溶液中加入209. 92ml網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成誘導(dǎo)劑環(huán)氧丙烷(摩爾比Al/D= 1 15)，充分均勻攪拌30 60min，直至溶液完全均勻、澄清，從而得到C-Al2O3復(fù)合氣凝膠溶膠溶液(其中總反應(yīng)物濃度為11. 39wt% )，倒入模具， 等待凝膠。室溫凝膠時(shí)間大約5h，凝膠后，利用乙醇作為老化液，置換濕凝膠中的雜質(zhì)離子， 置換5次，每次12h。最后，再將模具中的濕凝膠放入70°C烘箱進(jìn)行高溫老化5d，使其充分反應(yīng)。再將C-Al2O3復(fù)合濕凝膠放入高溫高壓釜中，利用CO2超臨界干燥法對(duì)樣品進(jìn)行干燥，其中CO2壓力控制在12MPa，控制溫度在45°C，超臨界干燥時(shí)間為45h。最后，對(duì)樣品進(jìn)行1000°C溫度熱處理6h，得到塊狀C-Al2O3復(fù)合氣凝膠。經(jīng)過(guò)表征發(fā)現(xiàn)，該氣凝膠熱處理前的比表面積為598m2/g，熱處理后為325m2/g，壓縮強(qiáng)度按25%厚度變形量計(jì)算，壓縮強(qiáng)度為 2660kPao實(shí)例3將氯化鋁結(jié)晶體、間苯二酚、甲醛按摩爾比1 2 2配置制備C-Al2O3復(fù)合氣凝膠。第一步稱取0. Imol的結(jié)晶氯化鋁倒入500ml燒杯中，再向燒杯中加入乙醇90ml， 去離子水50ml充分均勻攪拌，直至溶液為淡黃色澄清氯化鋁結(jié)晶體水解溶液，質(zhì)量濃度為 16.62%。第二步再向第一步水解溶液中加入0.2mol的間苯二酚(白色針狀結(jié)晶)，乙醇 60ml、甲醛27ml、去離子水50ml、0. 035g反應(yīng)催化劑無(wú)水碳酸鈉(摩爾比R/C = 300)充分均勻攪拌，直至溶液完全澄清。最后，向上述混合溶液中加入76. 97ml網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成誘導(dǎo)劑環(huán)氧丙烷(摩爾比Al/D= 1 11)，充分均勻攪拌30 60min，直至溶液完全均勻、澄清，從而得到C-Al2O3復(fù)合氣凝膠溶膠溶液(其中總反應(yīng)物濃度為12. 90wt% )，倒入模具，等待凝膠。室溫凝膠時(shí)間大約15h，凝膠后，利用乙醇作為老化液，置換濕凝膠中的雜質(zhì)離子，置換 3次，每次18h。最后，再將模具中的濕凝膠放入70°C烘箱進(jìn)行高溫老化7d,使其充分反應(yīng)。 再將C-Al2O3復(fù)合濕凝膠放入高溫高壓釜中，利用CO2超臨界干燥法對(duì)樣品進(jìn)行干燥，其中 CO2壓力控制在8MPa，控制溫度在50°C，超臨界干燥時(shí)間為40h。最后，對(duì)樣品進(jìn)行1200°C溫度熱處理5h，得到塊狀C-Al2O3復(fù)合氣凝膠。經(jīng)過(guò)表征發(fā)現(xiàn)，該氣凝膠熱處理前的比表面積為786m2/g，熱處理后為465m2/g，壓縮強(qiáng)度按25%厚度變形量計(jì)算，壓縮強(qiáng)度為1086kPa。實(shí)例4將氯化鋁結(jié)晶體、間苯二酚、甲醛按摩爾比1 1 1，總反應(yīng)過(guò)程中乙醇、去離子水體積比5 1配置制備C-Al2O3復(fù)合氣凝膠。第一步稱取0. Imol的結(jié)晶氯化鋁倒入 500ml燒杯中，再向燒杯中加入乙醇120ml，去離子水20ml充分均勻攪拌，直至溶液為淡黃色澄清氯化鋁結(jié)晶體水解溶液，質(zhì)量濃度為17. 38%。第二步再向第一步水解溶液中加入 0. Imol的間苯二酚(白色針狀結(jié)晶)，乙醇80ml、甲醛13. 5ml、去離子水20ml、反應(yīng)催化劑無(wú)水碳酸鈉0.053g(摩爾比R/C = 200)充分均勻攪拌，直至溶液完全澄清。最后，向上述混合溶液中加入76. 97ml網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成誘導(dǎo)劑環(huán)氧丙烷(摩爾比A1/D = 1 11)，充分均勻攪拌30 60min，直至溶液完全均勻、澄清，從而得到C-Al2O3復(fù)合氣凝膠溶膠溶液(其中總反應(yīng)物濃度為11. 28wt% )，倒入模具，等待凝膠。室溫凝膠時(shí)間大約7h，凝膠后，利用乙醇作為老化液，置換濕凝膠中的雜質(zhì)離子，置換4次，每次15h。最后，再將模具中的濕凝膠放入60°C烘箱進(jìn)行高溫老化7d,使其充分反應(yīng)。再將C-Al2O3復(fù)合濕凝膠放入高溫高壓釜中，利用CO2超臨界干燥法對(duì)樣品進(jìn)行干燥，其中CO2壓力控制在6MPa，控制溫度在45°C， 超臨界干燥時(shí)間為36h。最后，對(duì)樣品進(jìn)行1000°C溫度熱處理10h，得到塊狀C-Al2O3復(fù)合氣凝膠。經(jīng)過(guò)表征發(fā)現(xiàn)，該氣凝膠熱處理前的比表面積為706m2/g，熱處理后為332m2/g，壓縮強(qiáng)度按25%厚度變形量計(jì)算，壓縮強(qiáng)度為1533kPa。實(shí)例 5將氯化鋁結(jié)晶體、間苯二酚、甲醛按摩爾比1 1 1，R/C = 500配置制備C-Al2O3 復(fù)合氣凝膠。第一步稱取0. Imol的結(jié)晶氯化鋁倒入500ml燒杯中，再向燒杯中加入乙醇 80ml，去離子水50ml充分均勻攪拌，直至溶液為淡黃色澄清氯化鋁結(jié)晶體水解溶液，質(zhì)量濃度為17.58%。第二步再向第一步水解溶液中加入0. Imol的間苯二酚(白色針狀結(jié)晶)，乙醇70ml、甲醛13. 5ml、去離子水50ml、反應(yīng)催化劑無(wú)水碳酸鈉0. 0211g(摩爾比R/C =500)充分均勻攪拌，直至溶液完全澄清。最后，向上述混合溶液中加入104. 96ml網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成誘導(dǎo)劑環(huán)氧丙烷(摩爾比A1/D = 1:15)，充分均勻攪拌30 60min，直至溶液完全均勻、澄清，從而得到C-Al2O3復(fù)合氣凝膠溶膠溶液(其中總反應(yīng)物濃度為9. 89wt% )，倒入模具，等待凝膠。室溫凝膠時(shí)間大約22h，凝膠后，利用乙醇作為老化液，置換濕凝膠中的雜質(zhì)離子，置換4次，每次20h。最后，再將模具中的濕凝膠放入70°C烘箱進(jìn)行高溫老化7d, 使其充分反應(yīng)。再將C-Al2O3復(fù)合濕凝膠放入高溫高壓釜中，利用CO2超臨界干燥法對(duì)樣品進(jìn)行干燥，其中CO2壓力控制在lOMPa，控制溫度在45°C，超臨界干燥時(shí)間為36h。最后，對(duì)樣品進(jìn)行800°C溫度熱處理8h，得到塊狀C-Al2O3復(fù)合氣凝膠。經(jīng)過(guò)表征發(fā)現(xiàn)，該氣凝膠熱處理前的比表面積為666m2/g，熱處理后為385m2/g，壓縮強(qiáng)度按25%厚度變形量計(jì)算，壓縮強(qiáng)度為1655kPa。實(shí)例6將氯化鋁結(jié)晶體、間苯二酚、甲醛按摩爾比1 2 2, A1/D = 1 7配置，制備 C-Al2O3復(fù)合氣凝膠。第一步稱取0. Imol的結(jié)晶氯化鋁倒入500ml燒杯中，再向燒杯中加入乙醇90ml，去離子水40ml充分均勻攪拌，直至溶液為淡黃色澄清氯化鋁結(jié)晶體水解溶液，質(zhì)量濃度為17. 85%。第二步再向第一步水解溶液中加入0. 2mol的間苯二酚(白色針狀結(jié)晶)，乙醇60ml、甲醛27ml、去離子水60ml、0. 053g反應(yīng)催化劑無(wú)水碳酸鈉(摩爾比R/ C = 200)充分均勻攪拌，直至溶液完全澄清。最后，向上述混合溶液中加入48. 98ml網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成誘導(dǎo)劑環(huán)氧丙烷(摩爾比Al/D=l 7)，充分均勻攪拌30 60min，直至溶液完全均勻、澄清，從而得到C-Al2O3復(fù)合氣凝膠溶膠溶液(其中總反應(yīng)物濃度為13. SOwt % )， 倒入模具，等待凝膠。室溫凝膠時(shí)間大約18h，凝膠后，利用乙醇作為老化液，置換濕凝膠中的雜質(zhì)離子，置換3次，每次24h。最后，再將模具中的濕凝膠放入70°C烘箱進(jìn)行高溫老化 5d，使其充分反應(yīng)。再將C-Al2O3復(fù)合濕凝膠放入高溫高壓釜中，利用CO2超臨界干燥法對(duì)樣品進(jìn)行干燥，其中CO2壓力控制在12MPa，控制溫度在50°C，超臨界干燥時(shí)間為48h。最后， 對(duì)樣品進(jìn)行1200°C溫度熱處理10h，得到塊狀C-Al2O3復(fù)合氣凝膠。經(jīng)過(guò)表征發(fā)現(xiàn)，該氣凝膠熱處理前的比表面積為786m2/g，熱處理后為375m2/g，壓縮強(qiáng)度按25%厚度變形量計(jì)算， 壓縮強(qiáng)度為1108kPa。實(shí)例 7將氯化鋁結(jié)晶體、間苯二酚、甲醛按摩爾比1 2 2, A1/D = 1 9配置，制備 C-Al2O3復(fù)合氣凝膠。第一步稱取0. Imol的結(jié)晶氯化鋁倒入500ml燒杯中，再向燒杯中加入乙醇90ml，去離子水40ml充分均勻攪拌，直至溶液為淡黃色澄清氯化鋁結(jié)晶體水解溶液，質(zhì)量濃度為17.85%。第二步再向第一步水解溶液中加入0.2mol的間苯二酚(白色針狀結(jié)晶)，乙醇60ml、甲醛27ml、去離子水60ml、0. 211g反應(yīng)催化劑無(wú)水碳酸鈉(摩爾比 R/C = 50)充分均勻攪拌，直至溶液完全澄清。最后，向上述混合溶液中加入62. 98ml網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成誘導(dǎo)劑環(huán)氧丙烷，充分均勻攪拌30 60min，直至溶液完全均勻、澄清，從而得到 C-Al2O3復(fù)合氣凝膠溶膠溶液(其中總反應(yīng)物濃度為13. 32wt% )，倒入模具，等待凝膠。室溫凝膠時(shí)間大約18h，凝膠后，利用乙醇作為老化液，置換濕凝膠中的雜質(zhì)離子，置換5次， 每次24h。最后，再將模具中的濕凝膠放入70°C烘箱進(jìn)行高溫老化5d，使其充分反應(yīng)。再將C-Al2O3復(fù)合濕凝膠放入高溫高壓釜中，利用CO2超臨界干燥法對(duì)樣品進(jìn)行干燥，其中CO2 壓力控制在8MPa，控制溫度在50°C，超臨界干燥時(shí)間為28h。最后，對(duì)樣品進(jìn)行1300°C溫度熱處理6h，得到塊狀C-Al2O3復(fù)合氣凝膠。經(jīng)過(guò)表征發(fā)現(xiàn)，該氣凝膠熱處理前的比表面積為 755m2/g，熱處理后為355m2/g，壓縮強(qiáng)度按25%厚度變形量計(jì)算，壓縮強(qiáng)度為1246kPa。實(shí)例8將氯化鋁結(jié)晶體、間苯二酚、甲醛按摩爾比2 1 1配置制備C-Al2O3復(fù)合氣凝膠。第一步稱取0. 2mol的結(jié)晶氯化鋁倒入500ml燒杯中，再向燒杯中加入乙醇160ml，去離子水IOOml充分均勻攪拌，直至溶液為淡黃色澄清氯化鋁結(jié)晶體水解溶液，質(zhì)量濃度為 17.58%。第二步再向第一步水解溶液中加入0. Imol的間苯二酚(白色針狀結(jié)晶)，乙醇 20ml、甲醛13. 5ml、去離子水30ml,0. 035g反應(yīng)催化劑無(wú)水碳酸鈉(摩爾比R/C = 300)充分均勻攪拌，直至溶液完全澄清。最后，向上述混合溶液中加入181. 94ml網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成誘導(dǎo)劑環(huán)氧丙烷(摩爾比Al/D=l 13)，充分均勻攪拌30 60min，直至溶液完全均勻、 澄清，從而得到C-Al2O3復(fù)合氣凝膠溶膠溶液(其中總反應(yīng)物濃度為12.61wt% )，倒入模具，等待凝膠。室溫凝膠時(shí)間大約5h，凝膠后，利用乙醇作為老化液，置換濕凝膠中的雜質(zhì)離子，置換3次，每次18h。最后，再將模具中的濕凝膠放入70°C烘箱進(jìn)行高溫老化5d，使其充分反應(yīng)。再將C-Al2O3復(fù)合濕凝膠放入高溫高壓釜中，利用CO2超臨界干燥法對(duì)樣品進(jìn)行干燥，其中CO2壓力控制在lOMPa，控制溫度在45°C，超臨界干燥時(shí)間為32h。最后，對(duì)樣品進(jìn)行1000°C溫度熱處理8h，得到塊狀C-Al2O3復(fù)合氣凝膠。經(jīng)過(guò)表征發(fā)現(xiàn)，該氣凝膠熱處理前的比表面積為588m2/g，熱處理后為305m2/g，壓縮強(qiáng)度按25%厚度變形量計(jì)算，壓縮強(qiáng)度為 2974kPa。實(shí)例9將氯化鋁結(jié)晶體、間苯二酚、甲醛按摩爾比1 1 1配置制備C-Al2O3復(fù)合氣凝膠。第一步稱取0. Imol的結(jié)晶氯化鋁倒入500ml燒杯中，再向燒杯中加入乙醇90ml， 去離子水60ml充分均勻攪拌，直至溶液為淡黃色澄清氯化鋁結(jié)晶體水解溶液，質(zhì)量濃度為 15.55%。第二步再向第一步水解溶液中加入0. Imol的間苯二酚(白色針狀結(jié)晶)，乙醇 60ml、甲醛13. 5ml、去離子水40ml,0. 106g反應(yīng)催化劑無(wú)水碳酸鈉(摩爾比R/C = 100)充分均勻攪拌，直至溶液完全澄清。最后，向上述混合溶液中加入69. 98ml網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成誘導(dǎo)劑環(huán)氧丙烷(摩爾比Al/D = 1 10，其中D代表環(huán)氧丙烷)，充分均勻攪拌30 60min， 直至溶液完全均勻、澄清，從而得到C-Al2O3復(fù)合氣凝膠溶膠溶液(其中總反應(yīng)物濃度為 10. 77wt% )，倒入模具，等待凝膠。室溫凝膠時(shí)間大約8h，凝膠后，利用乙醇作為老化液，置換濕凝膠中的雜質(zhì)離子，置換3次，每次24h。最后，再將模具中的濕凝膠放入50°C烘箱進(jìn)行高溫老化5d，使其充分反應(yīng)。再將C-Al2O3復(fù)合濕凝膠放入高溫高壓釜中，利用CO2超臨界干燥法對(duì)樣品進(jìn)行干燥，其中CO2壓力控制在lOMPa，控制溫度在50°C，超臨界干燥時(shí)間為45h。最后，對(duì)樣品進(jìn)行1200°C溫度熱處理5h，得到塊狀C-Al2O3復(fù)合氣凝膠。經(jīng)過(guò)表征發(fā)現(xiàn)，該氣凝膠熱處理前的比表面積為695m2/g，熱處理后為456m2/g，壓縮強(qiáng)度按25%厚度變形量計(jì)算，壓縮強(qiáng)度為1566kPa。
權(quán)利要求
1.一種塊狀C-Al2O3復(fù)合氣凝膠的制備方法，其具體步驟如下(1)將氯化鋁結(jié)晶體、水、乙醇均勻攪拌，得到澄清的氯化鋁結(jié)晶體水解溶液；(2)向氯化鋁結(jié)晶體水解溶液中加入甲醛、間苯二酚、水、乙醇、環(huán)氧丙烷和反應(yīng)催化劑反應(yīng)，攪拌均勻，得到C-Al2O3復(fù)合氣凝膠溶膠溶液；(3)將步驟(2)中得到的C-Al2O3復(fù)合氣凝膠溶膠溶液倒入模具中反應(yīng)至凝膠，放置 5 20h ；(4)向步驟(3)中模具中凝膠加入老化液，進(jìn)行老化處理并置換雜質(zhì)離子，置換3 5 次，每次12 24h ；(5)將步驟(4)中置換好的濕凝膠放置50 70°C烘箱老化5 7d，取出；(6)將步驟(5)中處理好的樣品進(jìn)行干燥處理；(7)將步驟(6)中處理好的樣品在惰性氣體的保護(hù)下進(jìn)行熱處理，最終得到塊狀 C-Al2O3復(fù)合氣凝膠；其中步驟(1)中水和乙醇摩爾比為1 0.2 5，氯化鋁結(jié)晶體水解溶液質(zhì)量濃度控制為15% 20% ；步驟(2)中加入水、乙醇溶劑，控制步驟(2)反應(yīng)過(guò)程中的反應(yīng)物甲醛、 間苯二酚和環(huán)氧丙烷的總質(zhì)量濃度為8% 20% ；其中氯化鋁結(jié)晶體間苯二酚甲醛 環(huán)氧丙烷摩爾比為(1 2) (1 2) (1 2) (7 15)；間苯二酚與反應(yīng)催化劑的摩爾比為(50 500) 1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(2)中所述的反應(yīng)催化劑為無(wú)水碳酸鈉、氫氧化鈉或者氫氧化鈣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(4)中所述的老化液至少為乙醇或去離子水中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(6)中所述的干燥處理為CO2超臨界干燥法；其中CO2超臨界干燥法采用CO2氣體保護(hù)，反應(yīng)溫度為45 50°C，高壓反應(yīng)釜壓力控制在6 12MP，反應(yīng)時(shí)間為1 2d。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(7)中所述的熱處理溫度在800 1300°C之間；熱處理時(shí)間為5h IOh0
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(7)中所述的惰性保護(hù)氣體為氬氣或気氣ο
全文摘要
本法明涉及塊狀C-Al2O3復(fù)合氣凝膠的制備方法，屬于復(fù)合材料制備工藝技術(shù)領(lǐng)域。通過(guò)將氯化鋁結(jié)晶體、水、乙醇均勻攪拌，得到澄清的淡黃色的氯化鋁結(jié)晶體水解溶液，再向溶液中加入甲醛、間苯二酚、水、乙醇，環(huán)氧丙烷、以及反應(yīng)催化劑，攪拌均勻，得到C-Al2O3復(fù)合氣凝膠溶膠溶液，靜置凝膠。再利用CO2超臨界或乙醇超臨界干燥法對(duì)樣品進(jìn)行處理，最后對(duì)樣品進(jìn)行高溫?zé)崽幚恚罱K得到塊狀C-Al2O3復(fù)合氣凝膠。本發(fā)明利用廉價(jià)的無(wú)機(jī)鹽作為鋁源，引入具有良好機(jī)械性能的碳?xì)饽z，而且制備工藝過(guò)程容易操作，制備出的氣凝膠具有高完整性、比表面積大、結(jié)構(gòu)完整、低熱導(dǎo)率、密度小、強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn)，該體系在1000℃以上高溫隔熱材料方面將具有很好的應(yīng)用前景和無(wú)限的潛力。
文檔編號(hào)B01J13/00GK102302917SQ201110200570
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月18日
發(fā)明者仲亞, 孔勇, 崔升, 沈曉冬 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)