专利名称：一种有机溶剂脱水干燥制备无机氧化物气凝胶的方法
技术领域：
本发明涉及一种无机氧化物气凝胶的制备方法，具体是一种易升华有机溶剂脱水干燥制备无机氧化物气凝胶的方法。
背景技术：
气凝胶是一种以纳米量级超微颗粒相互聚集构成的纳米多孔网络结构，并在网络孔隙中充满了气态分散介质，孔隙率高达80%-99. 8%，是目前密度最小隔热性能最好的固体材料。气凝胶在声学、力学、光学等方面亦具有独特的性质，例如作为隔声板、折射涂层等都有良好的表现。同时它在信息、环保、电子、冶金、航空航天等领域也具有较大发展潜力。无机氧化物气凝胶一直是人们研究的热点所在，主要是因为无机氧化物气凝胶在热、光、电、磁和化学性能等多方面具有的独特性质，使其在隔热耐火材料、消音减震材料、催化剂、灰尘捕获器、气体和水的净化剂等方面都具有广阔的应用前景。现阶段气凝胶的制备方法过程中多采用超临界技术，虽然能得到较好复制湿凝胶网络结构的理想凝胶，但是其对设备要求高，条件控制和操作困难，整个干燥过程耗时长、设备效率低、危险性大，所得凝胶力学性能差，极大地限制了气凝胶的应用，而真空冷冻干燥法由于在冷冻过程中发生液-固相变，不可避免地引起体积变化，导致凝胶网络结构被不同程度破坏，得到的基本上都是粉末状气凝胶。常压干燥法因操作简单、费用低等诸多优点日益受到广大研究者的青睐，但是在干燥过程中必然会出现凝胶的收缩和破裂，针对这种情况，研究者们采用不同的手段对凝胶进行处理，如加入化学干燥控制剂、增加凝胶骨架的柔韧性等方法，但从目前报道的情况看这些技术都还不是很成熟，制得的气凝胶与超临 界干燥法制得的产品性能上还存在一定的差距。因此开发新的干燥技术，缩短气凝胶的制备时间并保证完好的网络结构，减少动力消耗降低生产成本对于推进凝胶的工业化应用具有关键意义。
发明内容
技术问题本发明旨在针对现有技术不足提出一种操作简便、耗时短、成本低、块状规整、性能优越易于实现工业化生产的有机溶剂脱水干燥制备无机氧化物气凝胶的方法。技术方案本发明的有机溶剂脱水干燥制备无机氧化物气凝胶的方法是采用一种或几种低毒易升华高凝固点的有机溶剂作为干燥介质，以无机金属盐为原料，采用溶胶凝胶法制备无机氧化物凝胶前体，一种或几种低毒易升华有机溶剂替换后，经抽真空使有机溶剂升华，热处理即得无机氧化物气凝胶；具体无机氧化物气凝胶的制备步骤如下
以无机金属盐为前驱体，采用溶胶凝胶法和表面修饰工艺得到湿凝胶，加入一种或几种低毒易升华有机溶剂即将其放入4(T60°C恒温干燥箱进行溶剂替换工序，溶剂替换次数为2 4次，将所得凝胶置于真空干燥箱，调节至IO3KT1Pa,常温保持O. 5 48h，经热处理即得无机氧化物气凝胶。
采用溶胶凝胶法制备无机氧化物湿凝胶过程中所用有机溶剂为乙醇、叔丁醇或乙月青。溶剂置换过程中所用低毒易升华高凝固点有机溶剂为叔丁醇、乙腈、氟利昂或六
甲基二硅胺烷。所用干燥升华压力为IO3 KT1Pa15有益效果本发明提供的有机溶剂脱水干燥制备无机氧化物气凝胶的方法操作简便、耗时短，有机溶剂低毒易于升华，干燥过程只需在真空干燥箱中完成，所需成本低。所得凝胶块状规整、孔隙率高、孔径小，具有良好的隔热性能、热稳定性和催化特性，且易于实现工业化生产。
具体实施方式
本发明的有机溶剂脱水干燥制备无机氧化物气凝胶的方法采用低毒易升华高凝固点有机溶剂作为干燥介质，低真空状态下即可使溶剂升华从而得到较好复制湿凝胶网络结构的初级产品，经热处理得到目标产品。本发明有机溶剂脱水干燥制备无机氧化物气凝胶的方法步骤如下
(I)以无机金属盐为前驱体，采用溶胶凝胶法和表面修饰工艺得到湿凝胶。(2)加入一种或几种低毒易挥发有机溶剂即将其放入4(T60°C恒温干燥箱进行溶剂替换工序。溶剂替换次数为2 4次，每次O. 5 48h。(3)将所得凝胶置于真空干燥箱，调节至KTKT1Pa,常温保持O. 5 48h，经热处理即得无机氧化物气凝胶。溶胶凝胶法制备无机氧化物湿凝胶过程中所用有机溶剂为乙醇、叔丁醇、乙腈等。所用有机替换溶剂为低毒易升华高凝固点有机溶剂，例如叔丁醇、乙腈、氟利昂或六甲基二硅胺烷。本发明的有机溶剂脱水干燥制备无机氧化物气凝胶的方法，其特征在于若溶胶凝胶法制备过程反应体系采用有机溶剂与溶剂替换的溶剂相同，可省略溶剂替换工序。下面通过实例进一步描述本发明的特征，但本发明并不局限于下述实例。实施例I
以六水氯化铝为前驱体，加入乙醇、去离子水、甲酰胺，铝盐、乙醇、去离子水、甲酰胺的摩尔比为1:8:20:0. 6^0. 8，常温磁力搅拌至铝盐完全溶解，边搅拌
边加入环氧丙烷(铝盐与环氧丙烷的摩尔比为1:4 10)至混合均匀。密封静置，0.5 3h后即得湿凝胶，将湿凝胶常温老化f 2天，倾去残余液体。加入有机溶剂叔丁醇即将其放入4(T60°C恒温干燥箱进行溶剂替换工序。溶剂替换次数为2 4次，每次0.5 24h。将所得凝胶置于真空干燥箱，调节至IO3^T1Pa,常温保压0.5 24h。然后将样品置于马弗炉中，在空气气氛中，调节升温速率为1°C /min，升温至500°C，保温2 4h，自然冷却后即得块状氧化铝气凝胶。实施例2
以六水氯化铝为前驱体，加入乙醇、去离子水、甲酰胺，铝盐、乙醇、去离子水、甲酰胺的摩尔比为1:8:20:0. 6^0. 8，常温磁力搅拌至铝盐完全溶解，边搅拌边加入环氧丙烷(铝盐与环氧丙烷的摩尔比为1:4 10)至混合均匀。密封静置，O. 5 3h后即得湿凝胶，将湿凝胶常温老化f 2天，倾去残余液体。加入有机溶剂乙腈即将其放入4(T60°C恒温干燥箱进行溶剂替换工序。溶剂替换次数为21次，每次0.5 24h。将所得凝胶置于真空干燥箱，调节至IO3^T1Pa,常温保压0.5 24h。然后将样品置于马弗炉中，在空气气氛中，调节升温速率为I0C /min，升温至500°C，保温2 4h，自然冷却后即得块状氧化铝气凝胶。实施例3
以六水氯化铝为前驱体，加入乙醇、去离子水、甲酰胺，铝盐、乙醇、去离子水、甲酰胺的摩尔比为1:8:20:0. 6^0. 8，常温磁力搅拌至铝盐完全溶解，边搅拌边加入环氧丙烷(铝盐与环氧丙烷的摩尔比为1:4 10)至混合均匀。密封静置，O. 5 3h后即得湿凝胶，将湿凝胶常温老化f 2天，倾去残余液体。加入有机溶剂六甲基二硅胺烷即将其放入4(T60°C恒温干燥箱进行溶剂替换工序。溶剂替换次数为21次，每次0.5 24h。将所得凝胶置于真空干燥箱，调节至IO3^T1Pa,常温保压0.5 24h。然后将样品置于马弗炉中，在空气气氛中，调节升温速率为1°C /min，升温至500°C，保温2 4h，自然冷却后即得块状氧化铝气凝胶。 实施例4
以IO %的水玻璃溶液为原料加入一定量无水乙醇，通过离子交换得到硅酸，加入
O.lmol/L的NaOH溶液调节pH值至5，将其置于4(T70°C油浴中一段时间最后得到二氧化硅湿凝胶，将湿凝胶常温老化广2天，倾去残余液体。将老化后湿凝胶浸入1:1的六甲基二硅胺烷和叔丁醇的混合液中将其放入4(T60°C恒温干燥箱进行溶剂替换工序。溶剂替换次数为2 4次，每次0.5 24h。将所得凝胶置于真空
干燥箱，调节至IO3^T1Pa,常温保压0.5 24h。然后将样品置于马弗炉中，在空气气氛中，调节升温速率为1°C /min，升温至500°C，保温2 4h，自然冷却后即得块状氧化硅气凝胶。实施例5
以IO %的水玻璃溶液为原料加入一定量无水乙醇，通过离子交换得到硅酸，加入
O.lmol/L的NaOH溶液调节pH值至5，将其置于4(T70°C油浴中一段时间最后得到二氧化硅湿凝胶，将湿凝胶常温老化广2天，倾去残余液体。将老化后湿凝胶浸入1:1的六甲基二硅胺烷和乙醇的混合液中将其放入4(T60°C恒温干燥箱进行溶剂替换工序。溶剂替换次数为2^4次，每次O. 5 24h。将所得凝胶置于真空干燥箱，调节至IO3KT1Pa,常温保压O. 5 24h。然后将样品置于马弗炉中，在空气气氛中，调节升温速率为TC /min，升温至500°C，保温2^4h,自然冷却后即得块状氧化硅气凝胶。
权利要求
1.一种有机溶剂脱水干燥制备无机氧化物气凝胶的方法，其特征在于采用一种或几种低毒易升华高凝固点的有机溶剂作为干燥介质，以无机金属盐为原料，采用溶胶凝胶法制备无机氧化物凝胶前体，一种或几种低毒易升华有机溶剂替换后，经抽真空使有机溶剂升华，热处理即得无机氧化物气凝胶；具体无机氧化物气凝胶的制备步骤如下 以无机金属盐为前驱体，采用溶胶凝胶法和表面修饰工艺得到湿凝胶，加入一种或几种低毒易升华有机溶剂即将其放入4(T60°C恒温干燥箱进行溶剂替换工序，溶剂替换次数为2 4次，将所得凝胶置于真空干燥箱，调节至IO3KT1Pa,常温保持O. 5^48h,经热处理即得无机氧化物气凝胶。
2.如权利要求I所述的有机溶剂脱水干燥制备无机氧化物气凝胶的方法，其特征在于采用溶胶凝胶法制备无机氧化物湿凝胶过程中所用有机溶剂为乙醇、叔丁醇或乙腈。
3.如权利要求I所述的有机溶剂脱水干燥制备无机氧化物气凝胶的方法，其特征在于溶剂置换过程中所用低毒易升华高凝固点有机溶剂为叔丁醇、乙腈、氟利昂或六甲基二硅胺烷。
4.如权利要求I所述的有机溶剂脱水干燥制备无机氧化物气凝胶的方法，其特征在于所用干燥升华压力为KTliTpa。
全文摘要
本发明针对制备气凝胶时干燥过程难控、耗时长、价格高、产量小等缺点进行了改进，提供了一种有机溶剂脱水干燥制备无机氧化物气凝胶的方法，采用表面张力小且具有特殊性质的有机溶剂，利用其易升华的特点，在真空干燥箱中进行干燥。随着真空度的升高，有机溶剂在急速蒸发时固化并升华，避免了气液相转化时表面张力对凝胶三维网络结构的破坏，在真空条件下一步合成出具有规整结构的无机氧化物气凝胶。该方法操作简便、耗时短、费用低，制备出的凝胶孔隙率高、孔径小，具有极好的隔热性能，在隔热催化等方面有优越的应用价值。
文档编号C01B13/14GK102826514SQ20121032564
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月6日 优先权日2012年9月6日
发明者任丽丽, 崔素敏 申请人:东南大学