CN103274665B - 铝氧纳米纤维增强SiO2气凝胶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铝氧纳米纤维增强SiO2气凝胶的制备方法，特别涉及通过自生长方式使铝氧纳米纤维贯穿于块状SiO2气凝胶中来增强其机械性能与隔热性能的方法。其显著特征在于不同于通过添加耐火纤维的方式来增强SiO2气凝胶本发明。主要包含以下步骤：（1）SiO2气凝胶前驱体溶液与氯化铝乙醇溶液的制备；（2）将SiO2气凝胶前驱体溶液与氯化铝溶液混合，加入催化剂，搅拌均匀，放入恒温保温箱中凝胶老化，得到复合气凝胶的湿凝胶；（3）复合气凝胶的湿凝胶中杂质离子的置换；（4）复合气凝胶湿凝胶的氮气乙醇超临界干燥；（5）铝氧纳米纤维增强SiO2干凝胶的惰性气体高温热处理，制备出具有高机械强度耐高温的铝氧纳米纤维增强的SiO2复合气凝胶。
Description
技术领域
本发明属于具有纳米纤维增强与耐高温特性的无机纳米材料制备的技术领域，涉及铝氧纳米纤维增强SiO2气凝胶的制备方法，特别涉及一种氮气乙醇超临界制备自生纳米纤维增强气凝胶的方法。
背景技术
纳米多孔气凝胶材料是最具潜力的一类轻质低密度隔热材料，其纤细的纳米级孔径可显著降低气体热传导和对流传热，是一种理想的“超级隔热材料”，在宇航、武器、催化、废水处理、海洋管道防腐、海洋油污处理及燃料电池等众多领域也有广阔的应用前景。
目前，气凝胶隔热材料的重要发展动向是高强度、易加工、耐高温、低热导率的复合功能隔热材料的研究和开发。传统气凝胶材料具有耐高温特性，但机械性能欠佳，如Al2O3气凝胶、SiO2气凝胶等。一般复合气凝胶材料具有较好的机械性能，如：纤维陶瓷、碳纤维等增强的气凝胶，但是大尺寸纤维（包括纳米纤维）的添加在微观上只是简单凝胶复合，大纤维的存在也严重影响了气凝胶的整体组织结构，未从根本上增强气凝胶。因此兼有优良隔热和机械性能的复合功能隔热材料成为新的研究热点。其技术关键是在材料配方设计和工艺研究中如何协调和兼顾隔热性能和机械强度这两个相互制约的物性。
发明内容
本发明的目的是提供一种改善SiO2气凝胶机械性能差，高温易开裂等特点而提供一种保持SiO2气凝胶特征的前提下，利用自生长铝氧纳米纤维来增强SiO2气凝胶机械性能的复合气凝胶的制备方法。这种复合气凝胶能够防止SiO2气凝胶高温开裂，同时利用铝氧化物的低热导率的特性，进一步来改善复合SiO2气凝胶的隔热性能。
本发明制备的复合气凝胶是主要应用于高温隔热领域的无机纳米材料，通过本发明制备的铝氧纳米纤维增强SiO2气凝胶的机械压缩强度达5MPa以上，有效耐高温达1200℃，同时易于二次加工成型。
本发明的铝氧纳米纤维增强SiO2气凝胶的制备方法是在SiO2气凝胶的前驱体中加入结晶氧化铝的乙醇溶液，在甲醇的催化下铝离子生长成为铝氧纳米纤维，在氮气乙醇超临界中干燥后进行热处理得到铝氧纳米纤维增强SiO2气凝胶。该方法包括以下步骤：
（1）将正硅酸四乙酯或硅酸可溶性盐、无水乙醇、盐酸乙醇溶液混合搅拌，得到SiO2气凝胶的前驱体溶液；
（2）在制备SiO2气凝胶前驱体的同时，称取氯化铝结晶倒入无水乙醇与去离子水混合的500ml烧杯中，充分均匀搅拌直至氯化铝结晶体完全水解；
（3）将SiO2气凝胶前驱体溶液与氯化铝溶液混合，加入催化剂甲醛、无水碳酸钠，搅拌60~120min，搅拌均匀，放入20~90℃恒温保温箱中保温1~10d，得到复合气凝胶的湿凝胶；
（4）将步骤（3）所得到的产物在无水乙醇中浸泡，进行杂质离子置换，置换2~5次，每次12~48h；
（5）将步骤（4）所得到的产物进行氮气乙醇超临界干燥处理，干燥温度为220~300℃，干燥压力为10~30MPa，干燥时间为1~6h，得到复合气凝胶的干凝胶；
（6）将步骤（5）所得到的产物放入惰性气体中进行高温热处理，热处理温度为800~1400℃，处理时间为1~8h，最终得到具有高机械强度耐高温的铝氧纳米纤维增强的SiO2气凝胶。
有益效果：
采用本发明所述方法制备的铝氧纳米纤维增强的SiO2气凝胶具有制作成本低、机械性能好、易于二次加工成型等区别于以往传统气凝胶的显著特征。本发明制备的铝氧纳米纤维增强的SiO2气凝胶是在气凝胶制备前躯体中通过自生长的方式生长出耐高温特性的铝氧纳米纤维，该方法完全不同于以往通过添加耐火纤维的方式来增强SiO2气凝胶，此类纤维增强气凝胶隔热材料的微观结构一般都是微米级别，制备的复合气凝胶中大尺寸的纤维严重影响了整体气凝胶的组织结构，导致其隔热性能与气凝胶相比较差。
通过本发明制备的铝氧纳米纤维增强的SiO2气凝胶具备传统气凝胶的一般特征，最明显的特征是该气凝胶的机械强度优于传统SiO2气凝胶和添加纤维增强的气凝胶，并且其耐温性有了很大提高，自生长纳米纤维的存在还有助于防止气凝胶在高温下的开裂现象。该复合气凝胶的制备将有助于扩大气凝胶材料的应用范围。
附图说明
图1是铝氧纳米纤维增强SiO2气凝胶的XRD图。
具体实施方式
实施例1：
在11.2mL正硅酸四乙酯中加入50mL无水乙醇、2mL1mol/L的HCl溶液和5.4mL去离子水，加热搅拌6.5h，控制温度在85℃，使正硅酸四乙酯完全水解生成Si(OH)4。称取0.2mol的氯化铝结晶倒入80ml无水乙醇与80ml去离子水的500ml烧杯中，充分均匀搅拌直至氯化铝结晶体完全水解。将氯化铝水溶液加入到向SiO2气凝胶前驱体溶液中，均匀搅拌，并加入15ml甲醛、0.106g碳酸钠，充分均匀搅拌，搅拌30min，直至溶液完全澄清，从而得到铝氧纳米纤维增强的SiO2气凝胶溶液。将烧杯放置于65℃的恒温箱中凝胶老化3d，凝胶后，利用无水乙醇置杂质离子，置换2次，每次12h。将置换后的复合湿凝胶放入氮气乙醇超临界干燥法对样品进行干燥，其中控制临界压力在22MPa，控制温度在265℃，超临界干燥时间为6h。最后，对干燥后的样品放入惰性气体中进行高温热处理，温度为1400℃，温度热处理时间为2h，得到铝氧纳米纤维增强的SiO2气凝胶。
实施例2：
在Na2SiO4乙醇溶液中加入1mL1.5mol/L的HCl溶液和7mL蒸馏水，加热搅拌1h，控制温度在70℃，使Na2SiO4完全水解生成Si(OH)4。称取0.1mol的氯化铝结晶倒入50ml无水乙醇与50ml去离子水的500ml烧杯中，充分均匀搅拌直至氯化铝结晶体完全水解。将氯化铝水溶液加入到向SiO2气凝胶前驱体溶液中，均匀搅拌，并加入25ml甲醛、0.035g碳酸钠，充分均匀搅拌，搅拌80min，直至溶液完全澄清，从而得到铝氧纳米纤维增强的SiO2气凝胶溶液。将烧杯放置于80℃的恒温箱中凝胶老化8d，凝胶后，利用无水乙醇置杂质离子，置换4次，每次18h。将置换后的复合湿凝胶放入氮气乙醇超临界干燥法对样品进行干燥，其中氮气压力控制在20MPa，控制温度在280℃，超临界干燥时间为5h。最后，对干燥后的样品放入惰性气体中进行高温热处理，温度为1300℃，温度热处理时间为6h，得到铝氧纳米纤维增强的SiO2气凝胶。
实施例3：
在正硅酸四乙酯的乙醇溶液中加入0.6mL1mol/L的HCl溶液和5.4mL蒸馏水，加热搅拌1 h，控制温度在60℃，使正硅酸四乙酯完全水解生成Si(OH)4。称取0.2mol的氯化铝结晶倒入80ml无水乙醇与50ml去离子水的500ml烧杯中，充分均匀搅拌直至氯化铝结晶体完全水解。将氯化铝水溶液加入到向SiO2气凝胶前驱体溶液中，均匀搅拌，并加入25ml甲醛、0.035g碳酸钠，充分均匀搅拌，搅拌120min，直至溶液完全澄清，从而得到铝氧纳米纤维增强的SiO2气凝胶溶液。将烧杯放置于30℃的恒温箱中凝胶老化10d，凝胶后，利用无水乙醇置杂质离子，置换2次，每次24h。将置换后的复合湿凝胶放入氮气乙醇超临界干燥法对样品进行干燥，其中氮气压力控制在28MPa，控制温度在300℃，超临界干燥时间为1.5h。最后，对干燥后的样品放入惰性气体中进行高温热处理，温度为1000℃，温度热处理时间为8h，得到铝氧纳米纤维增强的SiO2气凝胶。
实施例4：
在正硅酸四乙酯的乙醇溶液中加入0.6mL1mol/L的HCl溶液和5.4mL蒸馏水，加热搅拌1 h，控制温度在60℃，使正硅酸四乙酯完全水解生成Si(OH)4。称取0.2mol的氯化铝结晶倒入80ml无水乙醇与50ml去离子水的500ml烧杯中，充分均匀搅拌直至氯化铝结晶体完全水解。将氯化铝水溶液加入到向SiO2气凝胶前驱体溶液中，均匀搅拌，并加入15ml甲醛、0.212g碳酸钠，充分均匀搅拌，搅拌160min，直至溶液完全澄清，从而得到铝氧纳米纤维增强的SiO2气凝胶溶液。将烧杯放置于90℃的恒温箱中凝胶老化1d，凝胶后，利用无水乙醇置杂质离子，置换3次，每次48h。将置换后的复合湿凝胶放入氮气乙醇超临界干燥法对样品进行干燥，其中氮气压力控制在25MPa，控制温度在230℃，超临界干燥时间为4h。最后，对干燥后的样品进行放入惰性气体中高温热处理，温度为900℃，温度热处理时间为5h，得到铝氧纳米纤维增强的SiO2气凝胶。
Claims (8)
1.一种超临界法制备铝氧纳米纤维增强SiO2复合气凝胶的制备方法，该法制备的复合气凝胶是通过在SiO2气凝胶前驱体中自生长出铝氧纳米纤维的方式，纳米纤维贯穿于SiO2气凝胶中，该法制备的复合气凝胶显著特征是其机械性能显著增强，隔热性能显著提高；该制备方法的具体步骤如下：
（1）将正硅酸四乙酯或硅酸可溶性盐、无水乙醇、可溶性酸溶液混合，得到SiO2气凝胶的前驱体Si(OH)4；
（2）在制备SiO2气凝胶前驱体的同时，将氯化铝结晶在无水乙醇与去离子水混合溶液中，搅拌充分溶解，得到氯化铝乙醇溶液；
（3）将SiO2 气凝胶前驱体溶液与氯化铝乙醇溶液混合，加入催化剂甲醛、无水碳酸钠，搅拌均匀，放入恒温保温箱中凝胶老化，得到复合气凝胶的湿凝胶；
（4）将步骤（3）所得到的产物在无水乙醇中浸泡，进行杂质离子置换；
（5）将步骤（4）所得到的产物进行氮气乙醇超临界干燥处理，得到复合气凝胶干凝胶；
（6）将步骤（5）所得到的产物放入惰性气体中进行高温热处理，最终得到具有高机械强度耐高温的铝氧纳米纤维增强的SiO2气凝胶。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述的可溶性酸溶液为HCl、H2SO4、HF或HNO3，其浓度为0.01～1mol/L。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述的可溶性酸溶液控制混合溶液的pH值范围6.0～7.5，加热搅拌0.5～10h，控制温度在10～95℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（3）中所述的催化剂与氯化铝添加量摩尔比例分别为甲醛0.1:1~1:0.1，无水碳酸钠0.01:1~0.1:1。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（3）中所述的搅拌时间为60~120min，恒温保温箱中凝胶老化温度为20~90℃，老化时间为1~10d。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（4）中所述的杂质离子置换，置换2~5次，每次12~48h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（5）中所述的氮气乙醇超临界干燥处理，干燥温度为220~300℃，干燥压力为10~30MPa，干燥时间为1~6h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（6）中所得到的产物放入惰性气体中进行高温热处理，热处理温度为800~1400℃，处理时间为1~8h。
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| CN111646756A (zh) * | 2020-07-04 | 2020-09-11 | 东莞市风雨科技有限公司 | 一种保温填料的制备方法、保温型轻质混凝土材料及其生产工艺 |
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| CN115108822A (zh) * | 2022-07-14 | 2022-09-27 | 南京工业大学 | 一种光热调控型陶瓷纳米纤维增强ZnAl2O4:Eu3+气凝胶的制备方法 |
Citations (1)
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Non-Patent Citations (2)
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| SiO2气凝胶/纤维复合材料制备工艺研究;高富强等;《中国陶瓷》;20100831;第46卷(第8期);第17-19页 * |
| 徐广平等.Al2O3纤维增强SiO2气凝胶复合材料的制备及其隔热机理.《材料导报B:研究篇》.2013,第27卷(第1期),第112-115、120页. * |
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