气凝胶及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种二氧化娃气凝胶的制备工艺，特别是一种利用常压干燥技术制备 具有纳米多孔结构和杀菌功能的二氧化娃气凝胶的方法，属于纳米多孔材料技术领域。
【背景技术】
[0002] 气凝胶是一种高度多孔性的纳米材料，是目前世界上质量最轻、隔热性能最好 的固体材料。由于二氧化娃气凝胶具有高比表面积（400~1500m2/g)、高孔隙率（80~ 99.8%)、低密度（0.003~0.6邑/畑13)和低热导率（0.013~0.038胖/1111〇等特点，使得二氧 化娃气凝胶在耐高温隔热材料、超低密度材料、声阻抗禪合材料、气体吸附和过滤材料、催 化剂载体材料、药物载体材料等领域具有非常广阔的应用前景。通常制备Si〇2气凝胶的方 法是超临界干燥，例如CN102583407A和CN102642842B公开了使用超临界干燥制备气凝胶 的方法，其通过超临界流体置换掉湿凝胶中的溶剂，最终干燥后能够很好的保持凝胶原有 的结构。但是，通常超临界干燥需要用到特殊的设备，在高压高温下操作，一方面使得设备 昂贵，操作困难，成本高；另一方面存在重大的安全隐患。因此，虽然气凝胶具有W上提及的 优异性能，但是由于制备成本高，从而限制了其在日常生活中的广泛应用。
[0003] 为此，大量研究的重点着重于降低Si〇2气凝胶的生产成本，例如CN101503195、 CN102020285A和CN103043673A分别公开了使用常压干燥制备气凝胶的方法；通过多次和 多种溶剂交换将凝胶孔道内的液体交换成为低表面张力的溶剂，如正己焼等，再将孔道的 表面由亲水性改性为疏水性，大大减小了凝胶孔道内的毛细管力，从而在干燥的过程中凝 胶的收缩很小，基本上可W保持原有形态。但是，由于常压干燥需要多次的凝胶孔道溶剂交 换和表面疏水化处理，制备周期长，操作繁琐，很难实现产业化生产。
[0004] 另一方面，对Si化气凝胶的功能化改性的研究也局限于学术领域，如何实现工业 化生产功能化Si化气凝胶，例如导电性能、磁性、光致变色功能等，是一个有待决绝的问题。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中的不足，本发明的主要目的在于提出一种具有工艺简单、生产周 期短、成本低等特点，且只需简单设备即可施行的常压干燥制备具有杀菌功能的Si〇2气凝 胶，即银纳米线与Si02复合气凝胶的方法，从而实现具有杀菌功能的Si02气凝胶的工业化 生产。
[0006] 本发明的另一目的在于提供一种具有杀菌功能的Si〇2气凝胶，其中由于银纳米线 的存在，使得所述气凝胶具有潜在的导电功能W及消毒杀菌能力，在作为保温隔热材料的 同时，还具有空气净化的功能。
[0007] 为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
[0008] -种具有杀菌功能的Si化气凝胶的制备方法，包括如下步骤：
[0009] (1)将正娃酸醋部分水解，形成具有不同聚合度的多聚娃氧焼；
[0010] (2)将所述多聚娃氧焼、银纳米线醇溶液、醇、碱催化剂混合均匀，静置形成银纳米 线/Si〇2复合醇凝胶；
[0011] (3)将所述银纳米线/Si化复合醇凝胶揽碎至粉末或颗粒状后，与液态焼或氣代焼 混合揽拌，置换出所述醇凝胶中的醇，获得焼凝胶；
[0012] (4)将所述焼凝胶与疏水剂和液态焼的混合溶液混合揽拌，获得疏水焼凝胶；
[0013] (5)将所述疏水焼凝胶常压干燥，即可获得具有杀菌功能的Si02气凝胶。
[0014] 作为较为优选的实施方案之一，步骤（1)具体包括；将正娃酸醋、水及醇混合，并 加入水解催化剂形成混合反应体系，在水解温度下反应化W上，获得所述多聚娃氧焼。
[0015] 进一步的，所述正娃酸醋与水的摩尔比优选为1:0. 8~1:2. 0。
[0016] 进一步的，所述醇与正娃酸醋的体积比优选为1:5~10:1。
[0017] 进一步的，所述正娃酸醋可选自正娃酸己醋、正娃酸甲醋中的任一种或者两种的 组合，且不限于此。
[0018] 进一步的，所述水解催化剂可选自盐酸、硫酸、磯酸、硝酸、醋酸、草酸、巧樣酸中的 任一种或者两种W上的组合，且不限于此。
[0019] 进一步的，所述水解温度优选控制在室温至所述有机溶剂的回流温度。
[0020] 进一步的，步骤（1)中所述混合反应体系内水解催化剂的浓度优选在10imol/LW 内。
[0021] 进一步的，步骤（2)中醇和多聚娃氧焼的体积比在25:1~0.01:1范围内。
[0022] 进一步的，所述醇优选采用碳原子数少于8的小分子醇。
[0023] 进一步的，所述碱催化剂可选自氨氧化钢、氨氧化钟、尿素、氨水、H己胺的任一种 或者两种W上的任意组合，且不限于此。
[0024] 进一步的，步骤似中所述银纳米线的醇溶液中含有2~60wt%银纳米线，而所述 银纳米线的醇溶液用量为多聚娃焼的1~50% (体积）。
[00巧]进一步的，步骤（2)中所述碱催化剂的用量在所述醇或丽凝胶总体积的15%W内。
[0026] 进一步的，所述银纳米线的长度在500纳米到10微米，直径在20到500纳米。
[0027] 进一步的，所述银纳米线的醇溶液所用溶剂包括己二醇。
[0028] 作为较为优选的实施方案之一，步骤（3)具体包括；将液态焼或氣代焼与醇凝胶 按50:1~1:100的体积比混合并揽拌，其中揽拌速度为100~8000巧m，揽拌温度为室温~ 焼沸点温度，揽拌时间为IhW上，置换出所述醇凝胶中的醇，获得焼凝胶。
[0029] 进一步的，所述液态焼或氣代焼优选采用碳原子数《8的液态焼或氣代焼。
[0030] 作为较为优选的实施方案之一，步骤（4)具体包括；将体积比为50:1~1:100的 疏水剂和液态焼的混合溶液与焼凝胶混合揽拌，揽拌速度为10~SOOOrpm,揽拌温度控制 在室温到液态焼的沸点温度，揽拌时间控制在IhW上，获得所述疏水焼凝胶。
[0031] 进一步的，所述疏水剂和液态焼的混合溶液中疏水剂的体积百分比含量优选为 0. 5%~50%。
[0032] 进一步的，所述疏水剂可选自甲基二甲氧基娃焼、二甲基甲氧基娃焼、二甲基二氯 娃焼、六甲基二娃氮焼、六甲基二娃氮胺焼的任一种或者两种W上的的任意组合，且不限于 此。
[0033] 进一步的，步骤巧）中常压干燥的方式包括鼓风干燥或旋转干燥，干燥温度优选 为 80〇C~30(TC。
[0034] 利用前述的任一种方法所制备的具有杀菌功能的Si化气凝胶。
[0035] 优选的技术方案是；所述Si化气凝胶具有纳米多孔结构，并且所述气凝胶的密度 范围为0. 085~0. 250g/cm3,热导率在0. 020~0. 0450W/mK之间，比表面积在200~900m7 g之间，银纳米线质量含量在0.Ol%~10%之间。
[0036] 进一步的，所述具有杀菌功能的Si〇2气凝胶包含主要由Si〇2形成的凝胶骨架及分 散于所述凝胶骨架内的银纳米线，优选的，其中银纳米线的含量为0. 0Iwt%~IOwt%。
[0037] 进一步的，所述具有杀菌功能的Si化气凝胶具有纳米多孔结构（平均孔径6至15 纳米），同时所述气凝胶的密度为0. 085~0. 250g/cm3,热导率为0. 020~0. 0450W/mK，比 表面积为200~900m2/g。
[0038] 相对于现有技术中的方案，本发明的优点包括；（1)银纳米线在溶胶状态加入，使 得银纳米线与凝胶骨架混合均匀，提高稳定性的同时对气凝胶的比表面积、孔径、孔容等性 能不造重要成影响；（2)银纳米线的引入，赋予Si化气凝胶导电性能、消毒杀菌功能、W及 空气净化功能等。
【附图说明】
[0039]图IA-图IC分别为本发明实施例1所获具有杀菌功能的Si〇2气凝胶的氮气等温 吸脱附曲线图，红外光谱图和SEM电镜图；
[0040]图2为本发明实施例2所获具有杀菌功能的Si〇2气凝胶的氮气等温吸脱附曲线 图；
[0041]图3为本发明实施例3所获具有杀菌功能的Si〇2气凝胶的氮气等温吸脱附曲线 图；
[0042]图4为本发明实施例4所获具有杀菌功能的Si〇2气凝胶的氮气等温吸脱附曲线 图；
[0043]图5为本发明实施例5所获具有杀菌功能的Si〇2气凝胶的氮气等温吸脱附曲线 图；
[0044]图6为本发明实施例6所获具有杀菌功能的Si〇2气凝胶的氮气等温吸脱附曲线 图。
【具体实施方式】
[0045] 鉴于现有技术中的缺陷，本案发明人经长期研究和大量实践，提出了本发明的技 术方案，其主要是W正娃酸醋为原料制成各种聚合度的多聚娃氧焼（亦可简称为CS硅油） 为娃源，通过将娃源、银纳米线醇溶液、醇W及碱催化剂混合均匀，静置凝胶，然后将湿凝胶 揽碎成颗粒或粉末，之后用低表面张力的液态焼或氣代焼置换，并使用疏水剂改性，通过常 压过滤或离必，最后干燥，得到杀菌功能化Si化气凝胶粉体。
[0046] 藉由本发明的技术方案，可W实现具有杀菌功能的Si化气凝胶的常压连续化生 产，生产周期短，能源消耗少，对环境影响小，并且所获杀菌功能化Si〇2气凝胶的密度为 0. 085~0. 250g/cm3,热导率在0. 020~0. 0450W/mK之间，比表面