專(zhuān)利名稱：一種有機(jī)溶劑脫水干燥制備無(wú)機(jī)氧化物氣凝膠的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)機(jī)氧化物氣凝膠的制備方法，具體是一種易升華有機(jī)溶劑脫水干燥制備無(wú)機(jī)氧化物氣凝膠的方法。
背景技術(shù)：
氣凝膠是一種以納米量級(jí)超微顆粒相互聚集構(gòu)成的納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并在網(wǎng)絡(luò)孔隙中充滿了氣態(tài)分散介質(zhì)，孔隙率高達(dá)80%-99. 8%，是目前密度最小隔熱性能最好的固體材料。氣凝膠在聲學(xué)、力學(xué)、光學(xué)等方面亦具有獨(dú)特的性質(zhì)，例如作為隔聲板、折射涂層等都有良好的表現(xiàn)。同時(shí)它在信息、環(huán)保、電子、冶金、航空航天等領(lǐng)域也具有較大發(fā)展?jié)摿?。無(wú)機(jī)氧化物氣凝膠一直是人們研究的熱點(diǎn)所在，主要是因?yàn)闊o(wú)機(jī)氧化物氣凝膠在熱、光、電、磁和化學(xué)性能等多方面具有的獨(dú)特性質(zhì)，使其在隔熱耐火材料、消音減震材料、催化劑、灰塵捕獲器、氣體和水的凈化劑等方面都具有廣闊的應(yīng)用前景?，F(xiàn)階段氣凝膠的制備方法過(guò)程中多采用超臨界技術(shù)，雖然能得到較好復(fù)制濕凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的理想凝膠，但是其對(duì)設(shè)備要求高，條件控制和操作困難，整個(gè)干燥過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng)、設(shè)備效率低、危險(xiǎn)性大，所得凝膠力學(xué)性能差，極大地限制了氣凝膠的應(yīng)用，而真空冷凍干燥法由于在冷凍過(guò)程中發(fā)生液-固相變，不可避免地引起體積變化，導(dǎo)致凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被不同程度破壞，得到的基本上都是粉末狀氣凝膠。常壓干燥法因操作簡(jiǎn)單、費(fèi)用低等諸多優(yōu)點(diǎn)日益受到廣大研究者的青睞，但是在干燥過(guò)程中必然會(huì)出現(xiàn)凝膠的收縮和破裂，針對(duì)這種情況，研究者們采用不同的手段對(duì)凝膠進(jìn)行處理，如加入化學(xué)干燥控制劑、增加凝膠骨架的柔韌性等方法，但從目前報(bào)道的情況看這些技術(shù)都還不是很成熟，制得的氣凝膠與超臨 界干燥法制得的產(chǎn)品性能上還存在一定的差距。因此開(kāi)發(fā)新的干燥技術(shù)，縮短氣凝膠的制備時(shí)間并保證完好的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減少動(dòng)力消耗降低生產(chǎn)成本對(duì)于推進(jìn)凝膠的工業(yè)化應(yīng)用具有關(guān)鍵意義。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明旨在針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足提出一種操作簡(jiǎn)便、耗時(shí)短、成本低、塊狀規(guī)整、性能優(yōu)越易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的有機(jī)溶劑脫水干燥制備無(wú)機(jī)氧化物氣凝膠的方法。技術(shù)方案本發(fā)明的有機(jī)溶劑脫水干燥制備無(wú)機(jī)氧化物氣凝膠的方法是采用一種或幾種低毒易升華高凝固點(diǎn)的有機(jī)溶劑作為干燥介質(zhì)，以無(wú)機(jī)金屬鹽為原料，采用溶膠凝膠法制備無(wú)機(jī)氧化物凝膠前體，一種或幾種低毒易升華有機(jī)溶劑替換后，經(jīng)抽真空使有機(jī)溶劑升華，熱處理即得無(wú)機(jī)氧化物氣凝膠；具體無(wú)機(jī)氧化物氣凝膠的制備步驟如下
以無(wú)機(jī)金屬鹽為前驅(qū)體，采用溶膠凝膠法和表面修飾工藝得到濕凝膠，加入一種或幾種低毒易升華有機(jī)溶劑即將其放入4(T60°C恒溫干燥箱進(jìn)行溶劑替換工序，溶劑替換次數(shù)為2 4次，將所得凝膠置于真空干燥箱，調(diào)節(jié)至IO3KT1Pa,常溫保持O. 5 48h，經(jīng)熱處理即得無(wú)機(jī)氧化物氣凝膠。
采用溶膠凝膠法制備無(wú)機(jī)氧化物濕凝膠過(guò)程中所用有機(jī)溶劑為乙醇、叔丁醇或乙月青。溶劑置換過(guò)程中所用低毒易升華高凝固點(diǎn)有機(jī)溶劑為叔丁醇、乙腈、氟利昂或六
甲基二硅胺烷。所用干燥升華壓力為IO3 KT1Pa15有益效果本發(fā)明提供的有機(jī)溶劑脫水干燥制備無(wú)機(jī)氧化物氣凝膠的方法操作簡(jiǎn)便、耗時(shí)短，有機(jī)溶劑低毒易于升華，干燥過(guò)程只需在真空干燥箱中完成，所需成本低。所得凝膠塊狀規(guī)整、孔隙率高、孔徑小，具有良好的隔熱性能、熱穩(wěn)定性和催化特性，且易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的有機(jī)溶劑脫水干燥制備無(wú)機(jī)氧化物氣凝膠的方法采用低毒易升華高凝固點(diǎn)有機(jī)溶劑作為干燥介質(zhì)，低真空狀態(tài)下即可使溶劑升華從而得到較好復(fù)制濕凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的初級(jí)產(chǎn)品，經(jīng)熱處理得到目標(biāo)產(chǎn)品。本發(fā)明有機(jī)溶劑脫水干燥制備無(wú)機(jī)氧化物氣凝膠的方法步驟如下
(I)以無(wú)機(jī)金屬鹽為前驅(qū)體，采用溶膠凝膠法和表面修飾工藝得到濕凝膠。(2)加入一種或幾種低毒易揮發(fā)有機(jī)溶劑即將其放入4(T60°C恒溫干燥箱進(jìn)行溶劑替換工序。溶劑替換次數(shù)為2 4次，每次O. 5 48h。(3)將所得凝膠置于真空干燥箱，調(diào)節(jié)至KTKT1Pa,常溫保持O. 5 48h，經(jīng)熱處理即得無(wú)機(jī)氧化物氣凝膠。溶膠凝膠法制備無(wú)機(jī)氧化物濕凝膠過(guò)程中所用有機(jī)溶劑為乙醇、叔丁醇、乙腈等。所用有機(jī)替換溶劑為低毒易升華高凝固點(diǎn)有機(jī)溶劑，例如叔丁醇、乙腈、氟利昂或六甲基二硅胺烷。本發(fā)明的有機(jī)溶劑脫水干燥制備無(wú)機(jī)氧化物氣凝膠的方法，其特征在于若溶膠凝膠法制備過(guò)程反應(yīng)體系采用有機(jī)溶劑與溶劑替換的溶劑相同，可省略溶劑替換工序。下面通過(guò)實(shí)例進(jìn)一步描述本發(fā)明的特征，但本發(fā)明并不局限于下述實(shí)例。實(shí)施例I
以六水氯化鋁為前驅(qū)體，加入乙醇、去離子水、甲酰胺，鋁鹽、乙醇、去離子水、甲酰胺的摩爾比為1:8:20:0. 6^0. 8，常溫磁力攪拌至鋁鹽完全溶解，邊攪拌
邊加入環(huán)氧丙烷(鋁鹽與環(huán)氧丙烷的摩爾比為1:4 10)至混合均勻。密封靜置，0.5 3h后即得濕凝膠，將濕凝膠常溫老化f 2天，傾去殘余液體。加入有機(jī)溶劑叔丁醇即將其放入4(T60°C恒溫干燥箱進(jìn)行溶劑替換工序。溶劑替換次數(shù)為2 4次，每次0.5 24h。將所得凝膠置于真空干燥箱，調(diào)節(jié)至IO3^T1Pa,常溫保壓0.5 24h。然后將樣品置于馬弗爐中，在空氣氣氛中，調(diào)節(jié)升溫速率為1°C /min，升溫至500°C，保溫2 4h，自然冷卻后即得塊狀氧化鋁氣凝膠。實(shí)施例2
以六水氯化鋁為前驅(qū)體，加入乙醇、去離子水、甲酰胺，鋁鹽、乙醇、去離子水、甲酰胺的摩爾比為1:8:20:0. 6^0. 8，常溫磁力攪拌至鋁鹽完全溶解，邊攪拌邊加入環(huán)氧丙烷(鋁鹽與環(huán)氧丙烷的摩爾比為1:4 10)至混合均勻。密封靜置，O. 5 3h后即得濕凝膠，將濕凝膠常溫老化f 2天，傾去殘余液體。加入有機(jī)溶劑乙腈即將其放入4(T60°C恒溫干燥箱進(jìn)行溶劑替換工序。溶劑替換次數(shù)為21次，每次0.5 24h。將所得凝膠置于真空干燥箱，調(diào)節(jié)至IO3^T1Pa,常溫保壓0.5 24h。然后將樣品置于馬弗爐中，在空氣氣氛中，調(diào)節(jié)升溫速率為I0C /min，升溫至500°C，保溫2 4h，自然冷卻后即得塊狀氧化鋁氣凝膠。實(shí)施例3
以六水氯化鋁為前驅(qū)體，加入乙醇、去離子水、甲酰胺，鋁鹽、乙醇、去離子水、甲酰胺的摩爾比為1:8:20:0. 6^0. 8，常溫磁力攪拌至鋁鹽完全溶解，邊攪拌邊加入環(huán)氧丙烷(鋁鹽與環(huán)氧丙烷的摩爾比為1:4 10)至混合均勻。密封靜置，O. 5 3h后即得濕凝膠，將濕凝膠常溫老化f 2天，傾去殘余液體。加入有機(jī)溶劑六甲基二硅胺烷即將其放入4(T60°C恒溫干燥箱進(jìn)行溶劑替換工序。溶劑替換次數(shù)為21次，每次0.5 24h。將所得凝膠置于真空干燥箱，調(diào)節(jié)至IO3^T1Pa,常溫保壓0.5 24h。然后將樣品置于馬弗爐中，在空氣氣氛中，調(diào)節(jié)升溫速率為1°C /min，升溫至500°C，保溫2 4h，自然冷卻后即得塊狀氧化鋁氣凝膠。 實(shí)施例4
以IO %的水玻璃溶液為原料加入一定量無(wú)水乙醇，通過(guò)離子交換得到硅酸，加入
O.lmol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值至5，將其置于4(T70°C油浴中一段時(shí)間最后得到二氧化硅濕凝膠，將濕凝膠常溫老化廣2天，傾去殘余液體。將老化后濕凝膠浸入1:1的六甲基二硅胺烷和叔丁醇的混合液中將其放入4(T60°C恒溫干燥箱進(jìn)行溶劑替換工序。溶劑替換次數(shù)為2 4次，每次0.5 24h。將所得凝膠置于真空
干燥箱，調(diào)節(jié)至IO3^T1Pa,常溫保壓0.5 24h。然后將樣品置于馬弗爐中，在空氣氣氛中，調(diào)節(jié)升溫速率為1°C /min，升溫至500°C，保溫2 4h，自然冷卻后即得塊狀氧化硅氣凝膠。實(shí)施例5
以IO %的水玻璃溶液為原料加入一定量無(wú)水乙醇，通過(guò)離子交換得到硅酸，加入
O.lmol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值至5，將其置于4(T70°C油浴中一段時(shí)間最后得到二氧化硅濕凝膠，將濕凝膠常溫老化廣2天，傾去殘余液體。將老化后濕凝膠浸入1:1的六甲基二硅胺烷和乙醇的混合液中將其放入4(T60°C恒溫干燥箱進(jìn)行溶劑替換工序。溶劑替換次數(shù)為2^4次，每次O. 5 24h。將所得凝膠置于真空干燥箱，調(diào)節(jié)至IO3KT1Pa,常溫保壓O. 5 24h。然后將樣品置于馬弗爐中，在空氣氣氛中，調(diào)節(jié)升溫速率為T(mén)C /min，升溫至500°C，保溫2^4h,自然冷卻后即得塊狀氧化硅氣凝膠。
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)溶劑脫水干燥制備無(wú)機(jī)氧化物氣凝膠的方法，其特征在于采用一種或幾種低毒易升華高凝固點(diǎn)的有機(jī)溶劑作為干燥介質(zhì)，以無(wú)機(jī)金屬鹽為原料，采用溶膠凝膠法制備無(wú)機(jī)氧化物凝膠前體，一種或幾種低毒易升華有機(jī)溶劑替換后，經(jīng)抽真空使有機(jī)溶劑升華，熱處理即得無(wú)機(jī)氧化物氣凝膠；具體無(wú)機(jī)氧化物氣凝膠的制備步驟如下 以無(wú)機(jī)金屬鹽為前驅(qū)體，采用溶膠凝膠法和表面修飾工藝得到濕凝膠，加入一種或幾種低毒易升華有機(jī)溶劑即將其放入4(T60°C恒溫干燥箱進(jìn)行溶劑替換工序，溶劑替換次數(shù)為2 4次，將所得凝膠置于真空干燥箱，調(diào)節(jié)至IO3KT1Pa,常溫保持O. 5^48h,經(jīng)熱處理即得無(wú)機(jī)氧化物氣凝膠。
2.如權(quán)利要求I所述的有機(jī)溶劑脫水干燥制備無(wú)機(jī)氧化物氣凝膠的方法，其特征在于采用溶膠凝膠法制備無(wú)機(jī)氧化物濕凝膠過(guò)程中所用有機(jī)溶劑為乙醇、叔丁醇或乙腈。
3.如權(quán)利要求I所述的有機(jī)溶劑脫水干燥制備無(wú)機(jī)氧化物氣凝膠的方法，其特征在于溶劑置換過(guò)程中所用低毒易升華高凝固點(diǎn)有機(jī)溶劑為叔丁醇、乙腈、氟利昂或六甲基二硅胺烷。
4.如權(quán)利要求I所述的有機(jī)溶劑脫水干燥制備無(wú)機(jī)氧化物氣凝膠的方法，其特征在于所用干燥升華壓力為KTliTpa。
全文摘要
本發(fā)明針對(duì)制備氣凝膠時(shí)干燥過(guò)程難控、耗時(shí)長(zhǎng)、價(jià)格高、產(chǎn)量小等缺點(diǎn)進(jìn)行了改進(jìn)，提供了一種有機(jī)溶劑脫水干燥制備無(wú)機(jī)氧化物氣凝膠的方法，采用表面張力小且具有特殊性質(zhì)的有機(jī)溶劑，利用其易升華的特點(diǎn)，在真空干燥箱中進(jìn)行干燥。隨著真空度的升高，有機(jī)溶劑在急速蒸發(fā)時(shí)固化并升華，避免了氣液相轉(zhuǎn)化時(shí)表面張力對(duì)凝膠三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞，在真空條件下一步合成出具有規(guī)整結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)氧化物氣凝膠。該方法操作簡(jiǎn)便、耗時(shí)短、費(fèi)用低，制備出的凝膠孔隙率高、孔徑小，具有極好的隔熱性能，在隔熱催化等方面有優(yōu)越的應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)C01B13/14GK102826514SQ20121032564
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月6日
發(fā)明者任麗麗, 崔素敏 申請(qǐng)人:東南大學(xué)