CN104163431A - 一种制备毫米级二氧化硅气凝胶球的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备毫米级二氧化硅气凝胶球的方法，包括如下步骤：(1)配制二氧化硅醇溶胶；(2)配制浓度为0.3～0.5mol/L的氨水；(3)将上述氨水和二氧化硅醇溶胶通过蠕动泵进入静态混合器混合，再从底部流入盛有大豆油和乙醇的凝胶形成容器内，形成毫米级别的二氧化硅凝胶球；(4)将上述二氧化硅凝胶球经乙醇清洗、乙醇老化和固液分离后，进行超临界干燥，得成品。本发明方法结合溶胶凝胶技术和乙醇超临界干燥技术制备的毫米级别二氧化硅气凝胶球方法简单，工艺简单，小成本低廉，产量大；本发明的方法制备的毫米级别二氧化硅气凝胶球粒径分布为0.8～8mm，圆度高，密度在100Kg/m3以下，BET比表面积大都在1000m2/g以上，是一种理想的高性能保温、填充材料。
Description
技术领域
本发明属于纳米多孔材料领域，具体涉及一种制备毫米级二氧化硅气凝胶球的方法。
背景技术
SiO2气凝胶是一种三维网络结构、耐高温、轻质、透明、低密度的新型纳米多孔材料。可用于建筑节能材料、保温隔热材料、运输工具、冷藏器具等，具有广泛的应用前景。
二氧化硅气凝胶球，气孔分布均匀，各向同性好、应力应变均匀，摩擦系数小，流动性好，填充到复合材料中不易引起应力集中，大大改善了材料的弹塑性变形能力，也提高了使用效率。由于SiO2气凝本身的脆性，形状不易控制，球磨后为不规则形状粉末，流动性差。使用模具制备出的醇凝胶很容易开裂，特殊形状的需求对微加工工艺也提出了更高的要求。这些问题使得SiO2气凝胶在实际应用中受到制约。目前很难大批量制备出毫米级别的二氧化硅气凝胶球。
现有技术中，“一种TiO2/二氧化硅气凝胶球及其制备方法”(专利公开号为CN 1546225 A)的中国专利，其成球工艺为：成球凝胶形成容器中装有氨水，表面活性剂和煤油，将溶剂向凝胶形成容器中滴加。其制备工艺中使用氨水量大，溶胶不容易成球，油相不易回收再利用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种制备毫米级二氧化硅气凝胶球的方法。
本发明的具体技术方案如下：
一种制备毫米级二氧化硅气凝胶球的方法，包括如下步骤：
(1)按如下摩尔比配制二氧化硅醇溶胶：硅源:醇:水:酸＝1:4～10:2～6:(2～20)×10-5；
(2)配制浓度为0.3～0.5mol/L的氨水，该氨水与上述二氧化硅醇溶胶的体积比为1～4:1～4，并能够使该氨水与二氧化硅醇溶胶混合后在50～60s内形成凝胶；
(3)将上述氨水和二氧化硅醇溶胶通过蠕动泵进入静态混合器混合，再经静态混合器的大小为19～24G的多孔喷头一滴一滴的从底部流入盛有大豆油和乙醇的凝胶形成容器内(该凝胶形成容器内盛满大豆油，顶部加少量乙醇)，形成毫米级别的二氧化硅凝胶球；具体来说，由于两相密度差，从凝胶形成容器底部流出的硅溶胶在油相中上升，同时，由于表面张力的作用，硅溶胶在油相中上升的过程中完成溶胶凝胶，最终悬浮在油相之上和乙醇之下，当制备到一定量时，伴随着轻微搅拌，打开出料口，将二氧化硅凝胶球放出；
(4)将上述二氧化硅凝胶球经乙醇清洗、乙醇老化和固液分离后，进行超临界干燥，得成品，该超临界干燥的具体过程如下：在上述固液分离后的二氧化硅凝胶球中倒入乙醇，冲扫氮气，并将釜内压力提高到1～1.5Mpa，以0.5～3.0℃/min的速率升温至255～270℃，保温10～15min，此时高压釜压力为8～20MPa，然后以0.05～0.3℃/min的速率进行卸压，卸压后冲扫氮气,，自然冷却至50℃以下，打开高压釜即得成品。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(1)具体为：将乙醇分为两部分，一部分用以将酸配制成0.1～0.15mol/L的酸醇溶液，另一部分与硅源和水快速混合搅拌，再在其中滴加入上述酸醇溶液，室温放置2～200h进行水解，即得二氧化硅醇溶胶。
在本发明的一个优选实施方案中，所述硅源为正硅酸甲酯或正硅酸乙酯；所述醇为乙醇，丙醇或正丁醇；所述酸为乙酸，甲酸，盐酸或硫酸。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(3)中的氨水和二氧化硅醇溶胶的流速比为1～3:1～3。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(4)的乙醇清洗的次数为3～4次，每次12～14h。
在本发明的一个优选实施方案中，所述乙醇老化的时间为1～3d。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(5)的超临界干燥的具体过程如下：在上述固液分离后的二氧化硅凝胶球中倒入乙醇，冲扫氮气10～15min，并将釜内压力提高到1Mpa，以0.5～2.5℃/min的速率升温至260℃，保温10～15min，此时高压釜压力为13～18MPa，然后以0.05～0.25℃/min的速率进行卸压，卸压后冲扫氮气20～25min，自然冷却至50℃以下，打开高压釜即得成品。
本发明的有益效果是：
1、本发明方法结合溶胶凝胶技术和乙醇超临界干燥技术制备的毫米级别二氧化硅气凝胶球方法简单，工艺简单，小成本低廉，产量大；
2、本发明的方法制备的毫米级别二氧化硅气凝胶球粒径分布为0.8～8mm，圆度高，密度在100Kg/m3以下，BET比表面积大都在1000m2/g以上，粒径分布窄，圆度高，可广泛应用于建筑、交通、工业等领域，是一种理想的高性能保温、填充材料。
附图说明
图1是本发明实施例1所制备毫米级别SiO2气凝胶球的照片；
图2是本发明实施例1所制备毫米级别二氧化硅气凝胶球的的FR-IR图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式结合附图本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
实施例1
(1)SiO2醇溶胶的配制过程
在室温下，以正硅酸乙酯:乙醇:水:盐酸(摩尔比)＝1:6:3:6.0×10-5配制硅溶胶。加入0.1mol/L盐酸水解8h。即完成二氧化硅醇溶胶的配制。
(2)二氧化硅凝胶球的制备过程
配制0.4mol/L氨水。使得等量的二氧化硅醇溶胶和氨水充分混合形成的硅溶胶，在55s左右时间内能发生凝胶。
将大豆油装满凝胶形成容器，顶部加少量乙醇。通过三通管和静态混合器使二氧化硅醇溶胶和氨水充分混合，使用蠕动泵将硅溶胶从静态混合器底部经20G的多孔喷头一滴滴流出，二氧化硅醇溶胶和氨水的流速比为1:1，二氧化硅醇溶胶的流速为30mL/min。硅溶胶在油相中由于表面张力的作用自然形成球形，并在油相中上升的过程中完成溶胶凝胶，最终悬浮在油相之上和乙醇之下。当二氧化硅凝胶球制备到一定量时，伴随着轻微搅拌，打开出料口，将二氧化硅凝胶球放出，使用乙醇浸泡清洗3次(每次12h)，并在乙醇中老化1d，从而制备出二氧化硅凝胶球。
(3)超临界干燥过程
将固液分离后得到的微球放入试管中，倒入乙醇，冲扫氮气10min，并将釜内压力提高到1Mpa加热电压为150V，以0.6℃/min的速率升温至260℃，保温30min，此时高压釜压力为15MPa，然后以0.1℃/min的速率进行卸压，卸压后冲扫氮气10min。自然冷却至50℃以下，打开高压釜即得毫米级别的二氧化硅气凝胶球。如图1和图2所示，二氧化硅气凝胶球，密度为92Kg/m3，BET比表面积为1146m2/g，平均粒径约为2.5mm。
实施例2
(1)SiO2醇溶胶的配制过程
在室温下，以正硅酸乙酯:乙醇:水:盐酸(摩尔比)＝1:6:3:2.0×10-5配制硅溶胶。加入0.1mol/L盐酸水解2h。即完成二氧化硅醇溶胶的配制。
(2)二氧化硅凝胶球的制备过程
配制0.4mol/L氨水。使得等量二氧化硅醇溶胶和氨水充分混合形成的硅溶胶，在50s左右时间内能发生凝胶。
将大豆油装满凝胶形成容器，顶部加少量乙醇。通过三通管和静态混合器使二氧化硅醇溶胶和氨水充分混合，使用蠕动泵将硅溶胶从静态混合器底部经20G的多孔喷头一滴滴流出，二氧化硅醇溶胶和氨水的流速比为1:1，二氧化硅醇溶胶的流速为50mL/min。硅溶胶在油相中由于表面张力的作用自然形成球形，并在油相中上升的过程中完成溶胶凝胶，最终悬浮在油相之上和乙醇之下。当二氧化硅凝胶球制备到一定量时，伴随着轻微搅拌，打开出料口，将二氧化硅凝胶球放出，使用乙醇浸泡清洗4次(每次12h)，并在乙醇中老化1d，从而制备出二氧化硅凝胶球。
(3)超临界干燥过程
将固液分离后得到的微球放入试管中，倒入乙醇，冲扫氮气10min，并将釜内压力提高到1Mpa加热电压为150V，以0.8℃/min的速率升温至260℃，保温10min，此时高压釜压力为18MPa，然后以0.3℃/min的速率进行卸压，卸压后冲扫氮气20min。冷却至50℃以下，打开高压釜，即得平均粒径约为2.5mm的二氧化硅气凝胶球。
实施例3
(1)SiO2醇溶胶的配制过程
在室温下，以正硅酸乙酯:乙醇:水:盐酸(摩尔比)＝1:4:2:10.0×10-5配制硅溶胶。加入0.1mol/L盐酸水解1d。即完成二氧化硅醇溶胶的配制。
(2)二氧化硅凝胶球的制备过程
配制0.4mol/L氨水。使二氧化硅醇溶胶:氨水＝3:1混合形成的硅溶胶，在50s左右时间内能发生凝胶。
将大豆油装满凝胶形成容器，顶部加少量乙醇。通过三通管和静态混合器使二氧化硅醇溶胶和氨水充分混合，使用蠕动泵将硅溶胶从静态混合器底部经19G的多孔喷头一滴滴流出，二氧化硅醇溶胶和氨水的流速比为3:1，二氧化硅醇溶胶的流速为30mL/min。硅溶胶在油相中由于表面张力的作用自然形成球形，并在油相中上升的过程中完成溶胶凝胶，最终悬浮在油相之上和乙醇之下。当二氧化硅凝胶球制备到一定量时，伴随着轻微搅拌，打开出料口，将二氧化硅凝胶球放出，使用乙醇浸泡清洗3次(每次12h)，并在乙醇中老化1d，从而制备出二氧化硅凝胶球。
(3)超临界干燥过程
将固液分离后得到的微球放入试管中，倒入乙醇，冲扫氮气10min，并将釜内压力提高到1Mpa加热电压为150V，以0.8℃/min的速率升温至260℃，保温30min，此时高压釜压力为15MPa，然后以0.3℃/min的速率进行卸压，卸压后冲扫氮气10min。自然冷却至50℃以下，打开高压釜即得平均粒径约为2mm的二氧化硅气凝胶球。
实施例4
(1)SiO2醇溶胶的配制过程
在室温下，以正硅酸乙酯:乙醇:水:盐酸(摩尔比)＝1:10:6:6.0×10-5配制硅溶胶。加入0.1mol/L盐酸水解5d。即完成二氧化硅醇溶胶的配制。
(2)二氧化硅凝胶球的制备过程
配制0.4mol/L氨水。二氧化硅醇溶胶:氨水＝1:3混合形成的硅溶胶，在55s左右时间内能发生凝胶。
将大豆油装满凝胶形成容器，顶部加少量乙醇。通过三通管和静态混合器使二氧化硅醇溶胶和氨水充分混合，使用蠕动泵将硅溶胶从静态混合器底部经21G的多孔喷头一滴滴流出，二氧化硅醇溶胶和氨水的流速比为1:3，二氧化硅醇溶胶的流速为30mL/min。硅溶胶在油相中由于表面张力的作用自然形成球形，并在油相中上升的过程中完成溶胶凝胶，最终悬浮在油相之上和乙醇之下。当二氧化硅凝胶球制备到一定量时，伴随着轻微搅拌，打开出料口，将二氧化硅凝胶球放出，使用乙醇浸泡清洗3次(每次12h)，并在乙醇中老化1d，从而制备出二氧化硅凝胶球。
(3)超临界干燥过程
将固液分离后得到的微球放入试管中，倒入乙醇，冲扫氮气10min，并将釜内压力提高到1Mpa加热电压为150V，以0.6℃/min的速率升温至260℃，保温30min，此时高压釜压力为15MPa，然后以0.1℃/min的速率进行卸压，卸压后冲扫氮气10min。自然冷却至50℃以下，打开高压釜即得平均粒径约为3mm的二氧化硅气凝胶球。
实施例5
(1)SiO2醇溶胶的配制过程
在室温下，以正硅酸乙酯:乙醇:水:盐酸(摩尔比)＝1:6:3:2.0×10-5配制硅溶胶。加入0.1mol/L盐酸水解5d。即完成二氧化硅醇溶胶的配制。
(2)二氧化硅凝胶球的制备过程
配制0.1mol/L溶液为氨水。等量二氧化硅醇溶胶:氨水混合形成的硅溶胶，在55s左右时间内能发生凝胶。
将大豆油装满凝胶形成容器，顶部加少量乙醇。通过三通管和静态混合器使二氧化硅醇溶胶和氨水充分混合，使用蠕动泵将硅溶胶从静态混合器底部经18G的多孔喷头一滴滴流出，二氧化硅醇溶胶和氨水的流速比为1:1，二氧化硅醇溶胶的流速为30mL/min。硅溶胶在油相中由于表面张力的作用自然形成球形，并在油相中上升的过程中完成溶胶凝胶，最终悬浮在油相之上和乙醇之下。当二氧化硅凝胶球制备到一定量时，伴随着轻微搅拌，打开出料口，将二氧化硅凝胶球放出，使用乙醇浸泡清洗3次(每次12h)，并在乙醇中老化3d，从而制备出二氧化硅凝胶球。
(3)超临界干燥过程
将固液分离后得到的微球放入试管中，倒入乙醇，冲扫氮气10min，并将釜内压力提高到1Mpa加热电压为150V，以0.6℃/min的速率升温至260℃，保温30min，此时高压釜压力为15MPa，然后以0.1℃/min的速率进行卸压，卸压后冲扫氮气10min。自然冷却至50℃以下，打开高压釜即得即得平均粒径约为1.5mm的二氧化硅气凝胶球。
实施例6
(1)SiO2醇溶胶的配制过程
在室温下，以硅源:醇:水:酸(摩尔比)＝1:6:3:2.0×10-5配制硅溶胶。加入0.1mol/L盐酸水解4d。即完成二氧化硅醇溶胶的配制。
(2)二氧化硅凝胶球的制备过程
配制0.4mol/L氨水。等量二氧化硅醇溶胶:氨水混合形成的硅溶胶，在60s左右时间内能发生凝胶。
将大豆油装满凝胶形成容器，顶部加少量乙醇。通过三通管和静态混合器使二氧化硅醇溶胶和氨水充分混合，使用蠕动泵将硅溶胶从静态混合器底部经18G的多孔喷头一滴滴流出，二氧化硅醇溶胶和氨水的流速比为1:1，二氧化硅醇溶胶的流速为30mL/min。硅溶胶在油相中由于表面张力的作用自然形成球形，并在油相中上升的过程中完成溶胶凝胶，最终悬浮在油相之上和乙醇之下。当二氧化硅凝胶球制备到一定量时，伴随着轻微搅拌，打开出料口，将二氧化硅凝胶球放出，使用乙醇浸泡清洗3次(每次12h)，并在乙醇中老化3d，从而制备出二氧化硅凝胶球。
(3)超临界干燥过程
将固液分离后得到的微球放入试管中，倒入乙醇，冲扫氮气10min，并将釜内压力提高到1Mpa加热电压为150V，以0.8℃/min的速率升温至260℃，保温30min，此时高压釜压力为15MPa，然后以0.3℃/min的速率进行卸压，卸压后冲扫氮气10min。自然冷却至50℃以下，打开高压釜即得即得平均粒径约为2mm的二氧化硅气凝胶球。
实施例7
(1)SiO2醇溶胶的配制过程
在室温下，以正硅酸甲酯:正丁醇:水:甲酸(摩尔比)＝1:4:2:15.0×10-5配制硅溶胶。加入0.1mol/L甲酸水解1d。即完成二氧化硅醇溶胶的配制。
(2)二氧化硅凝胶球的制备过程
配制0.4mol/L氨水。等量二氧化硅醇溶胶:氨水混合形成的硅溶胶，在60s左右时间内能发生凝胶。
将大豆油装满凝胶形成容器，顶部加少量乙醇。通过三通管和静态混合器使二氧化硅醇溶胶和氨水充分混合，使用蠕动泵将硅溶胶从静态混合器底部经22G的多孔喷头一滴滴流出，二氧化硅醇溶胶和氨水的流速比为1:1，二氧化硅醇溶胶的流速为30mL/min。硅溶胶在油相中由于表面张力的作用自然形成球形，并在油相中上升的过程中完成溶胶凝胶，最终悬浮在油相之上和乙醇之下。当二氧化硅凝胶球制备到一定量时，伴随着轻微搅拌，打开出料口，将二氧化硅凝胶球放出，使用乙醇浸泡清洗3次(每次12h)，并在乙醇中老化3d，从而制备出二氧化硅凝胶球。
(3)超临界干燥过程
将固液分离后得到的微球放入试管中，倒入乙醇，冲扫氮气10min，并将釜内压力提高到1Mpa加热电压为150V，以0.8℃/min的速率升温至260℃，保温30min，此时高压釜压力为15MPa，然后以0.3℃/min的速率进行卸压，卸压后冲扫氮气10min。自然冷却至50℃以下，打开高压釜即得即得平均粒径约为4mm的二氧化硅气凝胶球。
实施例8
(1)SiO2醇溶胶的配制过程
在室温下，以正硅酸甲酯:丙醇:水:乙酸(摩尔比)＝1:4:3:12.0×10-5配制硅溶胶。加入0.1mol/L甲酸水解1d，即完成二氧化硅醇溶胶的配制。
(2)二氧化硅凝胶球的制备过程
配制0.4mol/L氨水。等量二氧化硅醇溶胶:氨水混合形成的硅溶胶，在60s左右时间内能发生凝胶。
将大豆油装满凝胶形成容器，顶部加少量乙醇。通过三通管和静态混合器使二氧化硅醇溶胶和氨水充分混合，使用蠕动泵将硅溶胶从静态混合器底部经19G的多孔喷头一滴滴流出，二氧化硅醇溶胶和氨水的流速比为1:1，二氧化硅醇溶胶的流速为30mL/min。硅溶胶在油相中由于表面张力的作用自然形成球形，并在油相中上升的过程中完成溶胶凝胶，最终悬浮在油相之上和乙醇之下。当二氧化硅凝胶球制备到一定量时，伴随着轻微搅拌，打开出料口，将二氧化硅凝胶球放出，使用乙醇浸泡清洗3次，每次12h，并在乙醇中老化3d，从而制备出二氧化硅凝胶球。
(3)超临界干燥过程
将固液分离后得到的微球放入试管中，倒入乙醇，冲扫氮气10min，并将釜内压力提高到1Mpa加热电压为150V，以0.8℃/min的速率升温至260℃，保温30min，此时高压釜压力为15MPa，然后以0.3℃/min的速率进行卸压，卸压后冲扫氮气10min。自然冷却至50℃以下，打开高压釜即得即得平均粒径约为2.5mm的二氧化硅气凝胶球。
实施例9
(1)按如下摩尔比配制二氧化硅醇溶胶：硅源:醇:水:酸＝1:4～10:2～6:(2～20)×10-5；该步骤具体为：将乙醇分为两部分，一部分用以将酸配制成0.1～0.15mol/L的酸醇溶液，另一部分与硅源和水快速混合搅拌，再在其中滴加入上述酸醇溶液，室温放置2～200h进行水解，即得二氧化硅醇溶胶；所述硅源为正硅酸甲酯或正硅酸乙酯；所述醇为乙醇，丙醇或正丁醇；所述酸为乙酸，甲酸，盐酸或硫酸；
(2)配制浓度为0.3～0.5mol/L的氨水，该氨水与上述二氧化硅醇溶胶的体积比为1～4:1～4，并能够使该氨水与二氧化硅醇溶胶混合后在50～60s内形成凝胶；
(3)将上述氨水和二氧化硅醇溶胶以1～3:1～3的流速比通过蠕动泵进入静态混合器混合，再经静态混合器的大小为19～24G的多孔喷头一滴一滴的从底部流入盛有大豆油和乙醇的凝胶形成容器内(该凝胶形成容器内盛满大豆油，顶部加少量乙醇)，形成毫米级别的二氧化硅凝胶球；具体来说，由于两相密度差，从凝胶形成容器底部流出的硅溶胶在油相中上升，同时，由于表面张力的作用，硅溶胶在油相中上升的过程中完成溶胶凝胶，最终悬浮在油相之上和乙醇之下，当制备到一定量时，伴随着轻微搅拌，打开出料口，将二氧化硅凝胶球放出；
(4)将上述二氧化硅凝胶球经乙醇清洗、乙醇老化和固液分离后，进行超临界干燥，得成品，所述乙醇清洗的次数为3～4次，每次12～14h，所述乙醇老化的时间为1～3d，该超临界干燥的具体过程如下：在上述固液分离后的二氧化硅凝胶球中倒入乙醇，冲扫氮气，并将釜内压力提高到1～1.5Mpa，以0.5～3.0℃/min的速率升温至255～270℃，保温10～15min，此时高压釜压力为8～20MPa，然后以0.05～0.3℃/min的速率进行卸压，卸压后冲扫氮气,，自然冷却至50℃以下，打开高压釜即得成品，该成品二氧化硅气凝胶球粒径分布为0.8～8mm，圆度高，密度在100Kg/m3以下，BET比表面积大都在1000m2/g以上。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (7)
1.一种制备毫米级二氧化硅气凝胶球的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)按如下摩尔比配制二氧化硅醇溶胶：硅源:醇:水:酸＝1:4～10:2～6:(2～20)×10-5；
(2)配制浓度为0.3～0.5mol/L的氨水，该氨水与上述二氧化硅醇溶胶的体积比为1～4:1～4，并能够使该氨水与二氧化硅醇溶胶混合后在50～60s内形成凝胶；
(3)将上述氨水和二氧化硅醇溶胶通过蠕动泵进入静态混合器混合，再经静态混合器的大小为19～24G的多孔喷头一滴一滴的从底部流入盛有大豆油和乙醇的凝胶形成容器内，形成毫米级别的二氧化硅凝胶球；
(4)将上述二氧化硅凝胶球经乙醇清洗、乙醇老化和固液分离后，进行超临界干燥，得成品，该超临界干燥的具体过程如下：在上述固液分离后的二氧化硅凝胶球中倒入乙醇，冲扫氮气，并将釜内压力提高到1～1.5Mpa，以0.5～3.0℃/min的速率升温至255～270℃，保温10～15min，此时高压釜压力为8～20MPa，然后以0.05～0.3℃/min的速率进行卸压，卸压后冲扫氮气,，自然冷却至50℃以下，打开高压釜即得成品。
2.如权利要求1所述的一种制备毫米级二氧化硅气凝胶球的方法，其特征在于：所述步骤(1)具体为：将乙醇分为两部分，一部分用以将酸配制成0.1～0.15mol/L的酸醇溶液，另一部分与硅源和水快速混合搅拌，再在其中滴加入上述酸醇溶液，室温放置2～200h进行水解，即得二氧化硅醇溶胶。
3.如权利要求1所述的一种制备毫米级二氧化硅气凝胶球的方法，其特征在于：所述硅源为正硅酸甲酯或正硅酸乙酯；所述醇为乙醇，丙醇或正丁醇；所述酸为乙酸，甲酸，盐酸或硫酸。
4.如权利要求1所述的一种制备毫米级二氧化硅气凝胶球的方法，其特征在于：所述步骤(3)中的氨水和二氧化硅醇溶胶的流速比为1～3:1～3。
5.如权利要求1所述的一种制备毫米级二氧化硅气凝胶球的方法，其特征在于：所述步骤(4)的乙醇清洗的次数为3～4次，每次12～14h。
6.如权利要求1所述的一种制备毫米级二氧化硅气凝胶球的方法，其特征在于：所述乙醇老化的时间为1～3d。
7.如权利要求1所述的一种制备毫米级二氧化硅气凝胶球的方法，其特征在于：所述步骤(5)的超临界干燥的具体过程如下：在上述固液分离后的二氧化硅凝胶球中倒入乙醇，冲扫氮气10～15min，并将釜内压力提高到1Mpa，以0.5～2.5℃/min的速率升温至260℃，保温10～15min，此时高压釜压力为13～18MPa，然后以0.05～0.25℃/min的速率进行卸压，卸压后冲扫氮气20～25min，自然冷却至50℃以下，打开高压釜即得成品。
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105801156A (zh) * | 2016-02-19 | 2016-07-27 | 厦门纳美特新材料科技有限公司 | 一种多孔氧化铝-氧化硅气凝胶小球及其快速制备方法 |
| CN106277167A (zh) * | 2016-08-29 | 2017-01-04 | 长春工业大学 | 一种利用SiO2气凝胶微球吸附铬离子的方法 |
| CN106467304A (zh) * | 2016-08-29 | 2017-03-01 | 长春工业大学 | 一种二氧化硅气凝胶微球及其制备方法 |
| CN107827116A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-03-23 | 江苏泛亚微透科技股份有限公司 | 一种多孔二氧化硅块体气凝胶的制备方法 |
| CN110339790A (zh) * | 2019-07-26 | 2019-10-18 | 南京工业大学 | 球形氨基改性氧化硅气凝胶及制备方法 |
| CN114261986A (zh) * | 2022-01-18 | 2022-04-01 | 中国科学技术大学先进技术研究院 | 气凝胶材料的制备方法及气凝胶材料的应用 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101164881A (zh) * | 2007-10-11 | 2008-04-23 | 北京科技大学 | 一种低成本制备SiO2气凝胶微球的方法 |
| CN101200293A (zh) * | 2007-11-16 | 2008-06-18 | 北京科技大学 | 一种快速制备SiO2气凝胶微球的方法 |
| CN102050456A (zh) * | 2010-11-26 | 2011-05-11 | 国营红阳机械厂 | 二氧化硅气凝胶隔热复合材料成型方法 |
| CN103523789A (zh) * | 2013-10-11 | 2014-01-22 | 余煜玺 | 一种二氧化硅气凝胶微球的制备方法 |
-
2014
- 2014-07-30 CN CN201410369410.3A patent/CN104163431B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101164881A (zh) * | 2007-10-11 | 2008-04-23 | 北京科技大学 | 一种低成本制备SiO2气凝胶微球的方法 |
| CN101200293A (zh) * | 2007-11-16 | 2008-06-18 | 北京科技大学 | 一种快速制备SiO2气凝胶微球的方法 |
| CN102050456A (zh) * | 2010-11-26 | 2011-05-11 | 国营红阳机械厂 | 二氧化硅气凝胶隔热复合材料成型方法 |
| CN103523789A (zh) * | 2013-10-11 | 2014-01-22 | 余煜玺 | 一种二氧化硅气凝胶微球的制备方法 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105801156A (zh) * | 2016-02-19 | 2016-07-27 | 厦门纳美特新材料科技有限公司 | 一种多孔氧化铝-氧化硅气凝胶小球及其快速制备方法 |
| CN105801156B (zh) * | 2016-02-19 | 2019-02-19 | 厦门纳美特新材料科技有限公司 | 一种多孔氧化铝-氧化硅气凝胶小球及其快速制备方法 |
| CN106277167A (zh) * | 2016-08-29 | 2017-01-04 | 长春工业大学 | 一种利用SiO2气凝胶微球吸附铬离子的方法 |
| CN106467304A (zh) * | 2016-08-29 | 2017-03-01 | 长春工业大学 | 一种二氧化硅气凝胶微球及其制备方法 |
| CN107827116A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-03-23 | 江苏泛亚微透科技股份有限公司 | 一种多孔二氧化硅块体气凝胶的制备方法 |
| CN110339790A (zh) * | 2019-07-26 | 2019-10-18 | 南京工业大学 | 球形氨基改性氧化硅气凝胶及制备方法 |
| CN114261986A (zh) * | 2022-01-18 | 2022-04-01 | 中国科学技术大学先进技术研究院 | 气凝胶材料的制备方法及气凝胶材料的应用 |
| CN114261986B (zh) * | 2022-01-18 | 2023-10-13 | 中国科学技术大学先进技术研究院 | 气凝胶材料的制备方法及气凝胶材料的应用 |
Also Published As
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