CN107673730A - 纤维素增韧二氧化硅气凝胶的制备方法 - Google Patents

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Abstract

纤维素增韧二氧化硅气凝胶的制备方法，包括以下步骤：(1)按照1g：(15～30)mL的比例，将棉花浸泡在浓硫酸中20～35min后，在40～60℃下搅拌2～3h，去离子水冲洗并离心数次，至溶液近中性，抽掉去离子水得纤维素溶胶；(2)将甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、十六烷基三甲基溴化铵、N,N‑二甲基酰胺、CH3COOH、CH3CH2OH按照1mL：(0.4～0.9)mL：(0.1～0.3)g：(0.4～0.8)mL：(8～20)mL：(5～10)mL的比例混合，在25～40℃下搅拌60～80min；(3)按照1mL：(0.5～4.0)g的比例将纤维素溶胶加入到混合液中，再用氨水将pH调至8～9，在35～50℃下老化5～8h；(4)用异丙醇和正己烷进行洗涤，之后在30～35℃下烘干10～15h，再于38～45℃下干燥20～40h即得成品。本发明产品孔隙率高，有较高的疏水性和机械性能，吸油倍率高且可重复使用。

Description

纤维素增韧二氧化硅气凝胶的制备方法
技术领域
本发明属于气凝胶领域，具体涉及一种纤维素增韧二氧化硅气凝胶的制备方法。
背景技术
二氧化硅气凝胶是一种由纳米量级粒子聚集并以空气为分散介质的新型非晶固态多孔材料，由于其具有低密度、高孔隙率、高比表面积、低导热系数、低声波传播速率和低介电常数等一系列特点，是一类具有高比表面积和优异吸附性能的纳米多孔轻质材料，在环境保护和能源利用等领域有着广泛的应用前景。
由于传统的以正硅酸乙酯为前躯体制备的SiO2气凝胶表面连有亲水基团-OH，且具有多孔性的结构，会导致SiO2气凝胶易于吸附水分。吸收的水分再蒸发过程会导致硅凝胶结构的崩塌。而且，由于这种气凝胶具有脆性大、强度低等缺点，这些严重限制了二氧化硅气凝胶的应用。
最早的柔韧性气凝胶是以甲基三乙氧基硅烷为硅源制备，获得了具有大比表面积的柔韧性二氧化硅气凝胶，后来Rao以及Hegde等以甲基三甲氧基硅烷(MTMS)为硅源，甲醇为溶剂，制备了具有优良柔韧性的SiO2气凝胶，并对制备的气凝胶重复进行20次单轴压缩实验，实现了压缩到原长的60％，压缩前后样品的形状和微观结构没有发生变化。这种方法制备的气凝胶虽然有较好的柔韧性，但是干燥过程中所采用超临界干燥法需要高压设备，工艺耗能高，生产设备与生产成本非常昂贵，工艺条件需严格控制，而且带有一定危险性，整个干燥过程又耗时长，难以能连续规模化生产，因而在很大程度上限制了其发展。
材料复合法是改善二氧化硅气凝胶强韧性能的重要方法，应用较多的包括添加剂法、纤维增强法、二次复合法和聚合物法，其中纤维增强法具有操作简单的特点，然而无机纤维能改善气凝胶的力学性能，但将其掺杂到气凝胶中在一定程度上会破坏气凝胶的骨架结构。
发明内容
为了克服现有技术的问题，本发明的目的是提供一种纤维素增韧二氧化硅气凝胶的制备方法，得到孔隙率高、疏水性和机械性能强的气凝胶产品。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
纤维素增韧二氧化硅气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：制备纤维素溶胶：按照1g：(15～30)mL的比例，将棉花原料浸入浓硫酸溶液中，浸泡20～35min后，在40～60℃的水浴中搅拌2～3h，再用去离子水对所得纤维素溶液冲洗并离心数次，直至溶液接近中性，抽掉去离子水，剩下的则为纤维素溶胶；
步骤二：将组分甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、十六烷基三甲基溴化铵、N,N-二甲基酰胺、CH3COOH、CH3CH2OH按照1mL：(0.4～0.9)mL：(0.1～0.3)g：(0.4～0.8)mL：(8～20)mL：(5～10)mL的比例混合均匀，然后在25～40℃下水浴搅拌60～80min，得基液；
步骤三：在步骤二所得的基液中按照基液体积与纤维素溶胶1mL：(0.5～4.0)g的比例加入预先制备的纤维素溶胶，再加入氨水将溶液pH调节到8～9，然后在35～50℃下老化5～8h；
步骤四：将步骤三所得物用异丙醇和正己烷进行洗涤，之后首先在30～35℃下烘干10～15h，再于38～45℃下干燥20～40h制备得到纤维素增韧二氧化硅气凝胶。
所述CH3COOH的摩尔浓度为0.05～0.1mol/L。
本发明的有益效果：
本发明选择纤维素含量非常高的棉花作为原料制备纤维素溶胶，大大减少了半纤维等杂质的含量，增强了增韧气凝胶的结构力，再采用自带疏水基团的甲基三甲氧基硅烷和二甲基二甲氧基硅烷为有机硅源作为前躯体，通过酸碱溶胶凝胶两步法在常压条件下，制备出了具有高弹性和柔性的二氧化硅气凝胶，无需高温分解且无杂质，节能环保，解决了二氧化硅气凝胶在干燥过程中的易开裂和易收缩的问题，其中，基液制备只需一步即可完成，减少了合成步骤，最终制备的二氧化硅气凝胶孔隙率高，具有较高的疏水性和机械性能，吸油倍率高且可重复性使用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
纤维素增韧二氧化硅气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：制备纤维素溶胶：按照1g：20mL的比例，将棉花原料浸入98％浓硫酸溶液中，浸泡30min后，在60℃的水浴中搅拌2h，再用去离子水对所得纤维素溶液冲洗并离心15次，溶液接近中性，抽掉去离子水，剩下的则为纤维素溶胶；
步骤二：将组分甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、十六烷基三甲基溴化铵、N,N-二甲基酰胺、CH3COOH(质量分数0.1％)、CH3CH2OH按照1mL：0.8mL：0.3g：0.8mL：9mL：6mL的比例混合均匀，然后在30℃下水浴搅拌60min得到基液；
步骤三：在步骤二所得的基液中按照基液体积与纤维素溶胶1mL：1g的比例加入预先制备的纤维素溶胶，再加入氨水将溶液pH调节到8～9，然后在50℃的水浴中老化5h；
步骤四：将步骤三所得物用异丙醇和正己烷进行洗涤，之后首先在30℃下烘干10h，再于38℃下干燥20h制备得到纤维素增韧二氧化硅气凝胶。
实施例2
纤维素增韧二氧化硅气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：制备纤维素溶胶：按照1g：25mL的比例，将棉花原料浸入浓硫酸溶液中，浸泡25min后，在50℃的水浴中搅拌3h，再用去离子水对所得纤维素溶液冲洗并离心数次，直至溶液接近中性，抽掉去离子水，剩下的则为纤维素溶胶；
步骤二：将组分甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、十六烷基三甲基溴化铵、N,N-二甲基酰胺、CH3COOH(质量分数0.1％)、CH3CH2OH按照1mL：0.5mL：0.15g：0.5mL：12mL：8mL的比例混合均匀，然后在40℃下水浴搅拌80min得到基液；
步骤三：在步骤二所得的基液中按照基液体积与纤维素溶胶1mL：2g的比例加入预先制备的纤维素溶胶，再加入氨水将溶液pH调节到8～9，然后在35℃的水浴中老化6h；
步骤四：将步骤三所得物用异丙醇和正己烷进行洗涤，之后首先在35℃下烘干15h，再于45℃下干燥30h制备得到纤维素增韧二氧化硅气凝胶。
实施例3
纤维素增韧二氧化硅气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：制备纤维素溶胶：按照1g：30mL的比例，将棉花原料浸入98％浓硫酸溶液中，浸泡35min后，在60℃的水浴中搅拌3h，再用去离子水对所得纤维素溶液冲洗并离心数次，直至溶液接近中性，抽掉去离子水，剩下的则为纤维素溶胶；
步骤二：将组分甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、十六烷基三甲基溴化铵、N,N-二甲基酰胺、CH3COOH(质量分数0.1％)、CH3CH2OH按照1mL：0.8mL：0.25g：0.7mL：15mL：10mL的比例混合均匀，然后在30℃下水浴搅拌60min得到基液；
步骤三：在步骤二所得的基液中按照基液体积与纤维素溶胶1mL：4g的比例加入预先制备的纤维素溶胶，再加入氨水将溶液pH调节到8～9，然后在50℃的水浴中老化7h；
步骤四：将步骤三所得物用异丙醇和正己烷进行洗涤，之后首先在30℃下烘干12h，再于40℃下干燥40h制备得到纤维素增韧二氧化硅气凝胶。
经过测试，在每1mL基液中添加1g纤维素的增韧气凝胶的重复使用性最高，而添加2g纤维素的增韧气凝胶的吸附效果最好，吸附倍率最高；增韧的二氧化硅气凝胶材料经过13次循环使用后，吸附倍率约为8.1g/g，说明纤维素增韧二氧化硅气凝胶具有良好的吸附循环使用性能。

Claims (2)

1.纤维素增韧二氧化硅气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：按照1g：15～30mL的比例，将棉花原料浸入浓硫酸溶液中，浸泡20～35min后，在40～60℃下搅拌2～3h，再用去离子水对所得纤维素溶液冲洗并离心数次，直至溶液接近中性，抽掉去离子水，即得纤维素溶胶；
步骤二：将组分甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、十六烷基三甲基溴化铵、N,N-二甲基酰胺、CH3COOH、CH3CH2OH按照1mL：0.4～0.9mL：0.1～0.3g：0.4～0.8mL：8～20mL：5～10mL的比例混合均匀，然后在25～40℃下搅拌60～80min，得基液；
步骤三：在步骤二所得的基液中按照基液体积与纤维素溶胶1mL：0.5～4.0g的比例加入预先制备的纤维素溶胶，再加入氨水将溶液pH调节到8～9，然后在35～50℃下老化5～8h；
步骤四：将步骤三所得物用异丙醇和正己烷进行洗涤，之后首先在30～35℃下烘干10～15h，再于38～45℃下干燥20～40h制备得到纤维素增韧二氧化硅气凝胶。
2.如权利要求1所述的纤维素增韧二氧化硅气凝胶的制备方法，其特征在于，所述CH3COOH的摩尔浓度为0.05～0.1mol/L。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109516763A (zh) * 2019-01-07 2019-03-26 东华大学 一种纤维素纤维/SiO2复合气凝胶材料及其制备和应用
CN110483004A (zh) * 2019-09-10 2019-11-22 航天海鹰(镇江)特种材料有限公司 一种胶液再利用的气凝胶制备方法
CN112745099A (zh) * 2021-01-04 2021-05-04 大连工业大学 一种互穿网络型棉纤维/柔性SiO2气凝胶复合材料的制备方法
CN117186482A (zh) * 2023-09-13 2023-12-08 成都理工大学 一种超疏水高强度细菌纤维素-二氧化硅气凝胶的制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR950009192B1 (ko) * 1992-06-27 1995-08-16 한국화약주식회사 초화면의 제조방법
CN102886063A (zh) * 2012-09-21 2013-01-23 暨南大学 一种纳米微晶纤维素增强胶原复合基质的制备与应用
CN106435820A (zh) * 2016-09-21 2017-02-22 东莞市联洲知识产权运营管理有限公司 一种基于二氧化硅和纤维素的气凝胶纤维及其制备方法
CN107051339A (zh) * 2016-08-29 2017-08-18 长春工业大学 一种纤维增韧SiO 2 气凝胶及其制备方法
CN107230552A (zh) * 2017-05-11 2017-10-03 中原工学院 一种基于纳米纤维素晶须MoS2/石墨烯复合对电极材料及其制备方法和应用

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR950009192B1 (ko) * 1992-06-27 1995-08-16 한국화약주식회사 초화면의 제조방법
CN102886063A (zh) * 2012-09-21 2013-01-23 暨南大学 一种纳米微晶纤维素增强胶原复合基质的制备与应用
CN107051339A (zh) * 2016-08-29 2017-08-18 长春工业大学 一种纤维增韧SiO 2 气凝胶及其制备方法
CN106435820A (zh) * 2016-09-21 2017-02-22 东莞市联洲知识产权运营管理有限公司 一种基于二氧化硅和纤维素的气凝胶纤维及其制备方法
CN107230552A (zh) * 2017-05-11 2017-10-03 中原工学院 一种基于纳米纤维素晶须MoS2/石墨烯复合对电极材料及其制备方法和应用

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109516763A (zh) * 2019-01-07 2019-03-26 东华大学 一种纤维素纤维/SiO2复合气凝胶材料及其制备和应用
CN109516763B (zh) * 2019-01-07 2021-07-20 东华大学 一种纤维素纤维/SiO2复合气凝胶材料及其制备和应用
CN110483004A (zh) * 2019-09-10 2019-11-22 航天海鹰(镇江)特种材料有限公司 一种胶液再利用的气凝胶制备方法
CN112745099A (zh) * 2021-01-04 2021-05-04 大连工业大学 一种互穿网络型棉纤维/柔性SiO2气凝胶复合材料的制备方法
CN117186482A (zh) * 2023-09-13 2023-12-08 成都理工大学 一种超疏水高强度细菌纤维素-二氧化硅气凝胶的制备方法

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