专利名称：一种以稻壳灰为原料制备二氧化硅气凝胶的方法
技术领域：
本发明属于二氧化硅气凝胶制造领域，尤其涉及一种以稻壳灰为原料制备二氧化娃气凝胶的方法。
背景技术：
二氧化硅气凝胶属于纳米多孔轻质材料，由于具有独特的性能并在许多领域存在应用。二氧化硅气凝胶的制备，传统上采用超临界干燥工艺，但此工艺成本高、工艺复杂而且具有一定的危险性；近年来，开始以稻壳灰为原料，在常温、常压下进行二氧化硅气凝胶的制备，但制备的二氧化硅气凝胶，仍存在“脆”性，限制了其应用范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以稻壳灰为原料制备二氧化硅气凝胶的方法，该方法工艺简单，原材料以及生产设备成本大大降低，同时二氧化硅气凝胶的力学性能得到改善， 进一步扩宽了其应用范围。本发明解决技术问题的解决方案为一种以稻壳灰为原料制备二氧化硅气凝胶的方法，其具体步骤为(I)将稻壳灰与浓度O. 5 5mol/L的无机强碱溶液进行混合,其强碱溶液与稻壳灰的比例为5 10 I (L/kg);所述稻壳灰为经过400°C 800°C燃烧后形成的稻壳灰；所述无机强碱液为氢氧化钠或氢氧化钾水溶液；混合均匀后，在常压下进行加热，温度控制在70 150°C，加热时间30 120分钟，浸取后进行过滤；(2)将过滤后的滤液用O. 5 5mol/L的无机强酸中和,PH值控制在4 10,形成二氧化硅水溶胶；所述无机强酸为盐酸或硫酸；(3)在上述二氧化硅水溶胶形成后的I 15分钟内，向其中加入控制干燥的添加剂，所述添加剂为甲酞胺、乙酞胺、二甲基甲酞胺中的一种，加入的添加剂为二氧化硅水溶胶体积的O. 01 1% ;(4)将步骤(3)制得的二氧化硅水溶胶静置10 30分钟后，形成水凝胶。(5)将步骤(4)制得的水凝胶在30 65°C下进行老化，老化时间为6小时 48 小时；(6)将老化后的水凝胶进行洗涤，去除杂质离子；洗涤可用去离子水洗涤，洗涤次数I 6次，时间3 9小时；水与水凝胶的体积比为I 6 I ；(7)将步骤(6)中制得的水凝胶，用无水甲醇或无水乙醇置换，置换次数I 5次， 置换时间12小时 60小时，温度控制在30 65°C ；无水甲醇或无水乙醇与水凝胶的体积比为I 5 I ；(8)将步骤(7)制得的水凝胶与有机硅化合物以及无水甲醇或无水乙醇除杂质离子混合，进行表面疏水修饰，温度控制在10 60°C，时间为12小时 100小时；有机硅化合物为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯。使用一定量的无水甲醇或乙醇，可以减少有机硅化合物量的使用，节约了生产成本。有机硅化合物、无水甲醇或乙醇、水凝胶体积比为O. 05 O. I I 5 : I。(9)将修饰好的水凝胶再次用无水甲醇或无水乙醇进行置换，置换次数I 3次， 置换时间10小时 60小时，温度控制在20 60°C ；该次置换，可以除去修饰时残留的其它物质，进一步的除杂质离子。(10)将步骤(9)制得的水凝胶在常压下进行干燥后即得二氧化硅气凝胶，干燥温度为50 300°C，时间为I小时 12小时。制得的二氧化硅气凝胶，其密度为O. 02 O. 3g/cm3,比表面积300 850m2/g ;其所含的微孔的孔径，孔径分布范围I 90nm,平均孔径15 55nm。有益效果本发明提供的一种以稻壳灰为原料制备二氧化硅气凝胶的方法，该方法工艺简单，原材料以及生产设备成本大大降低，同时二氧化硅气凝胶的力学性能得到改善，进一步扩宽了其应用范围。
具体实施例方式以下通过具体实施方式
，详细说明本发明的技术方案。实施例I(I)将IOOg稻壳灰与I升lmol/L的NaOH溶液进行混合，所述稻壳灰为经过400°C 燃烧后形成的稻壳灰；混合均匀后，在常压下进行加热，温度控制在80 100°C，加热60分钟，浸取后进行过滤；(2)将过滤后的滤液用lmol/L的硫酸中和，PH值控制在7，形成二氧化硅水溶胶；(3)在上述二氧化硅水溶胶形成5分钟后，向其中加入60毫升二甲基甲酞胺；
(4)将步骤(3)制得的二氧化硅水溶胶静置20分钟后，形成水凝胶。(5)将步骤(4)制得的水凝胶在40°C下进行老化，老化时间为12小时；(6)将老化后的水凝胶用去离子水进行洗涤，去除杂质离子；洗涤4次，时间6小时；去离子水与水凝胶的体积比为3 1;(7)将步骤
(6)中制得的水凝胶，用无水甲醇浸泡，置换2次，置换时间20小时，温度控制在55°C ；(8) 将步骤(7)制得的水凝胶与正硅酸甲酯、无水甲醇，进行表面疏水修饰，温度控制在30°C， 时间为50小时；有机硅化合物、无水甲醇、水凝胶体积比为O. I 2 I; (9)将修饰好的水凝胶再次用无水甲醇置换2次，置换时间10小时，温度控制在30°C ;(10)将步骤(9)制得的水凝胶在常压下进行干燥后即得二氧化硅气凝胶，干燥温度为100°C，时间为6小时。制得的二氧化硅气凝胶，其密度为O. 05g/cm3,比表面积538m2/g，内部的微孔的平均孔径20nm。实施例2(I)将50g稻壳灰与O. 6升2mol/L的NaOH溶液进行混合，所述稻壳灰为经过 600°C燃烧后形成的稻壳灰；混合均匀后，在常压下进行加热，温度控制在100 110°C，加热80分钟，浸取后进行过滤；(2)将过滤后的滤液用3mol/L的硫酸中和，PH值控制在6，形成二氧化硅水溶胶；(3)在上述二氧化硅水溶胶形成10分钟后，向其中加入30毫升二甲基甲酞胺；(4)将步骤(3)制得的二氧化硅水溶胶静置15分钟后，形成水凝胶。(5)将步骤(4)制得的水凝胶在50°C下进行老化，老化时间为30小时；(6)将老化后的水凝胶用去离子水进行洗涤，去除杂质离子；洗涤3次，时间8小时；去离子水与水凝胶的体积比为4 I ；
(7)将步骤(6)中制得的水凝胶，用无水甲醇浸泡，置换3次，置换时间40小时，温度控制在 60°C；(8)将步骤(7)制得的水凝胶与正硅酸甲酯、无水甲醇，进行表面疏水修饰，温度控制在50°C，时间为60小时；有机硅化合物、无水甲醇、水凝胶体积比为O. 08 I I; (9)将修饰好的水凝胶再次用无水甲醇置换3次，置换时间40小时，温度控制在50°C ；(10)将步骤(9)制得的水凝胶在常压下进行干燥后即得二氧化硅气凝胶，干燥温度为200°C，时间为 2小时。制得的二氧化硅气凝胶，其密度为O. 04g/cm3,比表面积578m2/g，内部的微孔的平均孔径28nm。
权利要求
1.一种以稻壳灰为原料制备二氧化硅气凝胶的方法，其步骤为(1)将稻壳灰与浓度O.5 5mol/L的无机强碱溶液进行混合,其强碱溶液与稻壳灰的比例为5 10 : I (L/kg);混合均匀后，在常压下进行加热，温度控制在70 150°C，加热时间30 120分钟，浸取后进行过滤；(2)将过滤后的滤液用O.5 5mol/L的强酸中和,PH值控制在4 10,形成二氧化娃水溶胶；(3)在上述二氧化硅水溶胶形成后的I 15分钟内，向其中加入控制干燥的添加剂，所述添加剂为甲酞胺、乙酞胺、二甲基甲酞胺中的一种，加入的添加剂为二氧化硅水溶胶体积的 O. 01 1% ;(4)将步骤(3)制得的二氧化硅水溶胶静置10 30分钟后，形成水凝胶；(5)将步骤(4)制得的水凝胶在30 65°C下进行老化，老化时间为6小时 48小时；(6)将老化后的水凝胶用去离子水进行洗涤，洗涤次数I 6次，时间3 9小时；所述去离子水与水凝胶的体积比为I 6 : I ;(7)将步骤(6)中制得的水凝胶，用无水甲醇或无水乙醇置换，置换次数I 5次，置换时间12小时 60小时，温度控制在30 65V ；无水甲醇或无水乙醇与水凝胶的体积比为I 5 I ；(8)将步骤(7)制得的水凝胶与有机硅化合物以及无水甲醇或无水乙醇混合，进行表面疏水修饰，温度控制在10 60°C，时间为12小时 100小时；有机硅化合物为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯；有机硅化合物、无水甲醇或乙醇、水凝胶体积比为O. 05 O. I : I 5 : I;(9)将修饰好的水凝胶再次用无水甲醇或无水乙醇进行置换，置换次数I 3次，置换时间10小时 60小时，温度控制在20 60°C ;(10)将步骤(9)制得的水凝胶在常压下进行干燥后即得二氧化硅气凝胶，干燥温度为 50 300°C，时间为I小时 12小时。
2.根据权利要求I所述的一种以稻壳灰为原料制备二氧化硅气凝胶的方法，其特征在于所述稻壳灰为经过400°C 800°C燃烧后形成的稻壳灰。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种以稻壳灰为原料制备二氧化硅气凝胶的方法，将燃烧后的稻壳灰，经过无机强碱溶液浸取、强酸中和形成二氧化硅水溶胶，然后加入添加剂形成二氧化硅水凝胶，水凝胶经老化、洗涤、置换、表面疏水修饰、再次置换后，最后在常压下进行干燥后即得二氧化硅气凝胶。该方法工艺简单，原材料以及生产设备成本大大降低，同时二氧化硅气凝胶的力学性能得到改善，进一步扩宽了其应用范围。
文档编号C01B33/16GK102602944SQ201210081029
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月23日 优先权日2012年3月23日
发明者吴建坤 申请人:南通市鸣珂新型材料科技有限公司