一種二氧化硅氣凝膠的常壓制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及二氧化硅氣凝膠技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種二氧化硅氣凝膠的常壓制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)制備二氧化硅氣凝膠的工藝包括溶膠-凝膠合成和后處理兩部分，溶膠-凝膠合成方法大致相同，一般為硅源在一定條件下發(fā)生水解，和水或醇縮聚以合成濕凝膠。后處理過(guò)程包括老化和干燥，老化的目的主要是增強(qiáng)溶膠-凝膠過(guò)程中形成的脆弱固體骨架的力學(xué)性能，現(xiàn)有工藝大多將濕凝膠浸泡在母液中進(jìn)行老化。干燥工藝一般分為超臨界干燥和常壓干燥兩種。超臨界干燥為將老化后的濕凝膠置于高壓釜中，通過(guò)加熱高壓釜，直到其中的壓力和溫度達(dá)到包埋在凝膠孔隙中的液體(即溶劑)的臨界溫度和臨界壓力為止，在超臨界狀態(tài)下毛細(xì)壓力被消除，從而避免氣凝膠骨架網(wǎng)絡(luò)的不可逆收縮。常壓干燥為在常壓環(huán)境下對(duì)濕凝膠進(jìn)行溶劑干燥，但常壓干燥不可避免會(huì)在氣凝膠孔隙邊界出現(xiàn)氣-液界面，使氣凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆收縮。為了避免或減少收縮的發(fā)生，常壓干燥過(guò)程通常需要進(jìn)行凝膠的表面改性和溶劑置換來(lái)降低骨架所受到的毛細(xì)壓力。
[0003]超臨界干燥的過(guò)程成本高、耗時(shí)高，超臨界干燥法所用的硅源基本為有機(jī)硅源，其價(jià)格昂貴且具有一定的毒性;而且超臨界干燥技術(shù)的核心設(shè)備為高壓釜，就二氧化碳超臨界干燥技術(shù)而言，其所需工作壓力高達(dá)7?20MPa，設(shè)備系統(tǒng)比較復(fù)雜，運(yùn)行所需能耗維護(hù)費(fèi)用也較高；而且氣凝膠的低滲透率將導(dǎo)致二氧化碳置換和釜內(nèi)泄壓步驟速度降低，大大影響工業(yè)化生產(chǎn)的進(jìn)程。超臨界干燥因?yàn)槠湓O(shè)備要求較高(常用的CO2超臨界要求SOatm)維護(hù)費(fèi)用高且制備時(shí)間較長(zhǎng)(氣凝膠低滲透率)，故在工業(yè)發(fā)展方面受到很大限制。
[0004]常壓干燥較超臨界干燥而言設(shè)備成本較低，且其硅源來(lái)源更廣(超臨界干燥往往為有機(jī)硅源，常壓干燥可以為水玻璃等無(wú)機(jī)硅源，也可以為有機(jī)硅源)，但是，常壓干燥過(guò)程中為了避免凝膠孔洞表面未參與反應(yīng)的硅羥基相互結(jié)合使得氣凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆的收縮，需要采用一定的試劑(如三甲基氯硅烷或六甲基二硅氮烷)來(lái)反應(yīng)掉剩余的硅羥基，同時(shí)還要采用低表面張力的液體置換掉原高表面張力的液體。常壓干燥對(duì)工藝要求更高，需要冗長(zhǎng)的溶劑置換處理，以減少作用于二氧化硅氣凝膠納米結(jié)構(gòu)的毛細(xì)壓力或者增加其骨架強(qiáng)度來(lái)抵御這些作用力，造成了現(xiàn)有技術(shù)提供的常壓干燥技術(shù)制備氣凝膠產(chǎn)品的性能參數(shù)較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種二氧化硅氣凝膠常壓制備方法，本發(fā)明提供的方法制備得到的二氧化硅氣凝膠的性能參數(shù)較高。
[0006]本發(fā)明提供了一種二氧化硅氣凝膠的常壓制備方法，包括:
[0007]采用金屬鹽類化合物對(duì)老化后的二氧化硅濕凝膠進(jìn)行修飾，得到修飾后的濕凝膠，所述金屬鹽類化合物能夠與羥基配位；
[0008]將所述修飾后的濕凝膠進(jìn)行溶劑置換，得到修飾凝膠；
[0009]將所述修飾凝膠進(jìn)行常壓干燥，得到二氧化硅氣凝膠。
[0010]優(yōu)選的，所述金屬鹽類化合物包括但不僅限于Ce4+鹽、Ca2+鹽、Mg2+鹽、Cu2+鹽、Al3+鹽和Fe3+鹽中的一種或幾種。
[0011]優(yōu)選的，所述金屬鹽類化合物包括但不僅限于氯化鈣、硝酸鈣、醋酸鈣、氯化鎂、硝酸鎂、醋酸鎂、氯化銅、硝酸銅、硫酸銅、氯化鋁、硝酸鋁、硫酸鋁、氯化鐵、硝酸鐵、硫酸鐵、硝酸鈰銨、硫酸鈰銨、硫酸鈰和硫酸高鈰中的一種或幾種。
[0012]優(yōu)選的，所述溶劑置換的溶劑為低表面張力的有機(jī)溶劑。
[0013]優(yōu)選的，所述溶劑置換的溶劑為石油醚、環(huán)己烷或碳原子數(shù)為I?5的醇類化合物。
[0014]優(yōu)選的，所述修飾的時(shí)間為20小時(shí)?30小時(shí)。
[0015]優(yōu)選的，所述修飾的次數(shù)為2次?5次。
[0016]優(yōu)選的，所述溶劑置換的次數(shù)為2次?6次。
[0017]優(yōu)選的，所述老化后的二氧化硅濕凝膠的制備方法為:
[0018]在催化劑的作用下，將硅源在溶劑中進(jìn)行凝膠化處理，得到二氧化硅濕凝膠；
[0019]將所述二氧化硅濕凝膠進(jìn)行老化，得到老化后的二氧化硅濕凝膠。
[0020]優(yōu)選的，所述凝膠化處理的溫度為50°C?70°C;
[0021 ]所述凝膠化處理的pH值為3?9。
[0022]本發(fā)明提供的二氧化硅氣凝膠常壓制備方法在現(xiàn)有技術(shù)提供的常壓氣凝膠的制備方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，采用金屬鹽類化合物對(duì)老化后的氣凝膠進(jìn)行修飾，能夠制備得到性能參數(shù)較好的二氧化硅氣凝膠產(chǎn)品。此外，本發(fā)明提供的二氧化硅氣凝膠的常壓制備方法還可以縮短工藝流程，降低成本，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0023]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的二氧化硅氣凝膠常壓制備方法的工藝流程圖；
[0025]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的二氧化硅氣凝膠的吸附等溫線；
[0026]圖3為本發(fā)明比較例I制備得到的二氧化硅氣凝膠的吸附等溫線。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的限制。
[0028]本發(fā)明提供了一種二氧化硅氣凝膠的常壓制備方法，包括:
[0029]采用金屬鹽類化合物對(duì)老化后的二氧化硅濕凝膠進(jìn)行修飾，得到修飾后的濕凝膠，所述金屬鹽類化合物能夠與羥基配位；
[0030]將所述修飾后的濕凝膠進(jìn)行溶劑置換，得到修飾凝膠；[0031 ]將所述修飾凝膠進(jìn)行常壓干燥，得到二氧化硅氣凝膠。
[0032]本發(fā)明采用金屬鹽類化合物對(duì)老化后的二氧化硅濕凝膠進(jìn)行修飾，得到修飾后的濕凝膠。本發(fā)明優(yōu)選將老化后的二氧化硅濕凝膠在金屬鹽類化合物溶液中進(jìn)行修飾，得到修飾后的濕凝膠。在本發(fā)明中，所述修飾的溫度優(yōu)選為20°C?30°C，更優(yōu)選為22°C?28°C，最優(yōu)選為240C?26 °C。在本發(fā)明中，所述修飾的時(shí)間優(yōu)選為20小時(shí)?30小時(shí)，更優(yōu)選為22小時(shí)?28小時(shí)，最優(yōu)選為24小時(shí)?26小時(shí)。在本發(fā)明中，所述修飾的次數(shù)優(yōu)選為2次?5次，更優(yōu)選為3次?4次，最優(yōu)選為3次。在本發(fā)明的實(shí)施例中，在修飾過(guò)程中達(dá)到修飾時(shí)間后可以更換新金屬鹽類化合溶液繼續(xù)進(jìn)行修飾。
[0033]在本發(fā)明中，所述金屬鹽類化合物能夠與羥基配位，優(yōu)選為Ce4+鹽、Ca2+鹽、Mg2+鹽、Cu2+鹽、Al3+鹽和Fe3+鹽中的一種或幾種，更優(yōu)選為硝酸鈰銨、硫酸鈰銨、硫酸鈰、硫酸高鈰、氯化鈣、硝酸鈣、醋酸鈣、氯化鎂、硝酸鎂、醋酸鎂、氯化銅、硝酸銅、硫酸銅、氯化鋁、硝酸鋁、硫酸鋁、氯化鐵、硝酸鐵和硫酸鐵中的一種或幾種。在本發(fā)明中，所述金屬鹽類化合物溶液中的溶劑優(yōu)選為水，更優(yōu)選為去離子水。
[0034]在本發(fā)明中，所述金屬鹽類化合物和老化后的二氧化硅濕凝膠中二氧化硅的摩爾比優(yōu)選為(0.2?2.4):1，更優(yōu)選為(0.3?2):1，最優(yōu)選為(0.34?I):1。
[0035]在本發(fā)明中，所述老化后的二氧化硅濕凝膠的制備方法優(yōu)選為:
[0036]在催化劑的作用下，將硅源在溶劑中進(jìn)行凝膠化處理，得到二氧化硅濕凝膠；
[0037]將所述二氧化硅濕凝膠進(jìn)行老化，得到老化后的二氧化硅濕凝膠。
[0038]本發(fā)明對(duì)所述凝膠化處理的方法沒(méi)有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的凝膠化處理的技術(shù)方案制備得到二氧化硅濕凝膠即可。在本發(fā)明中，所述凝膠化處理的溫度優(yōu)選為50 0C?70 0C，更優(yōu)選為55 0C?65 V，最優(yōu)選為60 V。本發(fā)明優(yōu)選在油浴的環(huán)境下進(jìn)行所述凝膠化處理。本發(fā)明優(yōu)選在攪拌的條件下進(jìn)行所述凝膠化處理。在本發(fā)明中，所述攪拌的方法優(yōu)選為磁力攪拌。在本發(fā)明中，所述攪拌的速度優(yōu)選為100轉(zhuǎn)/分?700轉(zhuǎn)/分，更優(yōu)選為200轉(zhuǎn)/分?600轉(zhuǎn)/分，最優(yōu)選為300轉(zhuǎn)