CN108786674A - 一种制备Cu掺杂SiO2纳米复合气凝胶的方法 - Google Patents

一种制备Cu掺杂SiO2纳米复合气凝胶的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备Cu掺杂SiO2纳米复合气凝胶的方法，步骤如下：将Cu(NO3)2·3H2O溶于无水乙醇中，加入正硅酸乙酯和去离子水，搅拌，加入DMF和浓硝酸，继续搅拌6.5‑7.5h，将溶胶倒入培养皿中，陈化3‑5d，即得前驱体复合醇凝胶；将所得醇凝胶于25‑35℃下继续老化23‑25h后，在34‑36℃恒温下用正硅酸乙酯与无水乙醇的混合液浸泡2‑3d，洗涤，在34‑36℃下恒温干燥14‑16h，再在60‑65℃下恒温干燥71‑73h，最后将样品放入电炉中，于740‑760℃处理4‑6h，冷却即得。该方法制备的复合气凝胶粒径小，比表面积大，微观结构完善，且具有良好的热稳定性。

Description

一种制备Cu掺杂SiO2纳米复合气凝胶的方法
技术领域
本发明涉及一种制备Cu掺杂SiO2纳米复合气凝胶的方法。
背景技术
过渡金属Cu由于具有良好的催化氧化和催化还原性能，已被广泛地应用于有机物环氧化、CO及NOx的催化氧化、碳氢化合物的加氢及脱氢反应等化学工程。将Cu掺杂到各种催化剂载体中，往往会提高催化剂的催化活性。SiO2气凝胶是一种新型多孔性非晶固态纳米材料，因其具有高比表面、高孔隙率、低密度等独特的性能，在许多领域，特别是作为催化剂及载体方面具有诱人的应用前景。即使铜少量(如1％-5％，质量分数)负载于SiO2载体中，也会有效改善复合凝胶的催化性能，因此这类材料已引起人们广泛的研究兴趣。传统制备金属掺杂SiO2复合气凝胶的方法主要有化学浸渍法和化学气相沉积法，但用这两种方法制备气凝胶，颗粒组分易团聚，干燥时易引起气凝胶网络大量坍塌，比表面低，催化活性较差，且后者还受原材料的限制。溶胶-凝胶-超临界干燥工艺可以制备活性物种均匀分散的气凝胶，但超临界干燥工艺条件苛刻，设备昂贵，且存在不安全因素，阻碍了金属掺杂SiO2气凝胶的推广及应用。与超临界干燥工艺相比，由于在非超临界条件下制备凝胶材料具有操作简单、成本低廉等优势，因而人们不断探讨并完善SiO2气凝胶制备中的非超临界干燥工艺。近年来，利用此工艺制备金属掺杂SiO2复合凝胶材料的研究，也已引起了人们的关注。目前，在硝酸铜与正硅酸乙酯复合溶胶体系中，引入DMF进行原位共溶胶-凝胶，并结合常压干燥工艺制备复合气凝胶的研究尚未见报导。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备Cu掺杂SiO2纳米复合气凝胶的方法。
本发明通过下面技术方案实现：
一种制备Cu掺杂SiO2纳米复合气凝胶的方法，包括如下步骤：将15-25份Cu(NO3)2·3H2O溶于60-70份无水乙醇中，然后缓慢加入8-14份正硅酸乙酯和35-45份去离子水，于44-48℃的恒温磁力搅拌机上搅拌10-15min，加入5-10份DMF和5-7份浓硝酸，继续搅拌6.5-7.5h后，将溶胶倒入培养皿中，25-35℃下陈化3-5d形成凝胶，即得天蓝色前驱体复合醇凝胶；将所得醇凝胶于25-35℃下继续老化23-25h后，在34-36℃恒温下用90-100份体积比为1:1的正硅酸乙酯与无水乙醇的混合溶液浸泡2-3d进行老化，每24h换一次溶剂，使凝胶中的水分置换出来，再用无水乙醇洗涤3-5次，在34-36℃下恒温干燥14-16h，再在60-65℃下恒温干燥71-73h，最后将样品放入电炉中，于740-760℃处理4-6h，冷却即得；各原料均为重量份。
优选地，所述的方法中，缓慢加入11份正硅酸乙酯和40份去离子水。
优选地，所述的方法中，于46℃的恒温磁力搅拌机上搅拌12min。
优选地，所述的方法中，继续搅拌7h。
优选地，所述的方法中，30℃下陈化4d形成凝胶。
优选地，所述的方法中，将所得醇凝胶于30℃下继续老化24h。
优选地，所述的方法中，在35℃恒温下用95份体积比为1:1的正硅酸乙酯与无水乙醇的混合溶液浸泡2.5d。
优选地，所述的方法中，在35℃下恒温干燥15h。
优选地，所述的方法中，再在62℃下恒温干燥72h。
优选地，所述的方法中，于750℃处理5h。
本发明技术效果：
该方法简便、快捷、易操作，制备的复合气凝胶粒径小，比表面积大，微观结构完善，且具有良好的热稳定性。
具体实施方式
下面结合实施例具体介绍本发明的实质性内容。
实施例1
一种制备Cu掺杂SiO2纳米复合气凝胶的方法，包括如下步骤：将20份Cu(NO3)2·3H2O溶于65份无水乙醇中，然后缓慢加入12份正硅酸乙酯和40份去离子水，于46℃的恒温磁力搅拌机上搅拌12min，加入8份DMF和6份浓硝酸，继续搅拌7h后，将溶胶倒入培养皿中，30℃下陈化4d形成凝胶，即得天蓝色前驱体复合醇凝胶；将所得醇凝胶于30℃下继续老化24h后，在35℃恒温下用95份体积比为1:1的正硅酸乙酯与无水乙醇的混合溶液浸泡2.5d进行老化，每24h换一次溶剂，使凝胶中的水分置换出来，再用无水乙醇洗涤4次，在35℃下恒温干燥15h，再在62℃下恒温干燥72h，最后将样品放入电炉中，于750℃处理5h，冷却即得；各原料均为重量份。
实施例2
一种制备Cu掺杂SiO2纳米复合气凝胶的方法，包括如下步骤：将15份Cu(NO3)2·3H2O溶于60份无水乙醇中，然后缓慢加入8份正硅酸乙酯和35份去离子水，于44℃的恒温磁力搅拌机上搅拌10min，加入5份DMF和5份浓硝酸，继续搅拌6.5h后，将溶胶倒入培养皿中，25℃下陈化3d形成凝胶，即得天蓝色前驱体复合醇凝胶；将所得醇凝胶于25℃下继续老化23h后，在34℃恒温下用90份体积比为1:1的正硅酸乙酯与无水乙醇的混合溶液浸泡2d进行老化，每24h换一次溶剂，使凝胶中的水分置换出来，再用无水乙醇洗涤3次，在34℃下恒温干燥14h，再在60℃下恒温干燥71h，最后将样品放入电炉中，于740℃处理4h，冷却即得；各原料均为重量份。
实施例3
一种制备Cu掺杂SiO2纳米复合气凝胶的方法，包括如下步骤：将25份Cu(NO3)2·3H2O溶于70份无水乙醇中，然后缓慢加入14份正硅酸乙酯和45份去离子水，于48℃的恒温磁力搅拌机上搅拌15min，加入10份DMF和7份浓硝酸，继续搅拌7.5h后，将溶胶倒入培养皿中，35℃下陈化5d形成凝胶，即得天蓝色前驱体复合醇凝胶；将所得醇凝胶于35℃下继续老化25h后，在36℃恒温下用100份体积比为1:1的正硅酸乙酯与无水乙醇的混合溶液浸泡3d进行老化，每24h换一次溶剂，使凝胶中的水分置换出来，再用无水乙醇洗涤5次，在36℃下恒温干燥16h，再在65℃下恒温干燥73h，最后将样品放入电炉中，于760℃处理6h，冷却即得；各原料均为重量份。
实施例4
一种制备Cu掺杂SiO2纳米复合气凝胶的方法，包括如下步骤：将16份Cu(NO3)2·3H2O溶于62份无水乙醇中，然后缓慢加入8.5份正硅酸乙酯和37份去离子水，于44.5℃的恒温磁力搅拌机上搅拌11min，加入5.5份DMF和5.2份浓硝酸，继续搅拌6.6h后，将溶胶倒入培养皿中，26℃下陈化3.2d形成凝胶，即得天蓝色前驱体复合醇凝胶；将所得醇凝胶于26℃下继续老化23.2h后，在34.2℃恒温下用92份体积比为1:1的正硅酸乙酯与无水乙醇的混合溶液浸泡2.1d进行老化，每24h换一次溶剂，使凝胶中的水分置换出来，再用无水乙醇洗涤3次，在34.2℃下恒温干燥14.2h，再在61℃下恒温干燥71.1h，最后将样品放入电炉中，于742℃处理4.2h，冷却即得；各原料均为重量份。
实施例5
一种制备Cu掺杂SiO2纳米复合气凝胶的方法，包括如下步骤：将17份Cu(NO3)2·3H2O溶于63份无水乙醇中，然后缓慢加入9份正硅酸乙酯和38份去离子水，于45℃的恒温磁力搅拌机上搅拌11.5min，加入6.5份DMF和5.4份浓硝酸，继续搅拌6.8h后，将溶胶倒入培养皿中，27℃下陈化3.5d形成凝胶，即得天蓝色前驱体复合醇凝胶；将所得醇凝胶于27℃下继续老化23.4h后，在34.4℃恒温下用94份体积比为1:1的正硅酸乙酯与无水乙醇的混合溶液浸泡2.2d进行老化，每24h换一次溶剂，使凝胶中的水分置换出来，再用无水乙醇洗涤5次，在34.4℃下恒温干燥14.4h，再在61.5℃下恒温干燥71.3h，最后将样品放入电炉中，于745℃处理4.3h，冷却即得；各原料均为重量份。
实施例6
一种制备Cu掺杂SiO2纳米复合气凝胶的方法，包括如下步骤：将18份Cu(NO3)2·3H2O溶于64份无水乙醇中，然后缓慢加入9.5份正硅酸乙酯和39份去离子水，于45.5℃的恒温磁力搅拌机上搅拌12.5min，加入7.5份DMF和5.6份浓硝酸，继续搅拌6.9h后，将溶胶倒入培养皿中，28℃下陈化4.2d形成凝胶，即得天蓝色前驱体复合醇凝胶；将所得醇凝胶于28℃下继续老化23.8h后，在34.5℃恒温下用94份体积比为1:1的正硅酸乙酯与无水乙醇的混合溶液浸泡2.4d进行老化，每24h换一次溶剂，使凝胶中的水分置换出来，再用无水乙醇洗涤4次，在34.8℃下恒温干燥14.8h，再在62.2℃下恒温干燥71.5h，最后将样品放入电炉中，于748℃处理4.8h，冷却即得；各原料均为重量份。
实施例7
一种制备Cu掺杂SiO2纳米复合气凝胶的方法，包括如下步骤：将21份Cu(NO3)2·3H2O溶于66份无水乙醇中，然后缓慢加入10份正硅酸乙酯和41份去离子水，于46.5℃的恒温磁力搅拌机上搅拌13.2min，加入8份DMF和5.8份浓硝酸，继续搅拌7.1h后，将溶胶倒入培养皿中，31℃下陈化4.4d形成凝胶，即得天蓝色前驱体复合醇凝胶；将所得醇凝胶于31℃下继续老化24.1h后，在35.1℃恒温下用96份体积比为1:1的正硅酸乙酯与无水乙醇的混合溶液浸泡2.6d进行老化，每24h换一次溶剂，使凝胶中的水分置换出来，再用无水乙醇洗涤4次，在35.2℃下恒温干燥15.1h，再在62.5℃下恒温干燥71.8h，最后将样品放入电炉中，于751℃处理5.1h，冷却即得；各原料均为重量份。
实施例8
一种制备Cu掺杂SiO2纳米复合气凝胶的方法，包括如下步骤：将22份Cu(NO3)2·3H2O溶于67份无水乙醇中，然后缓慢加入11份正硅酸乙酯和42份去离子水，于47℃的恒温磁力搅拌机上搅拌13.5min，加入8.5份DMF和6.1份浓硝酸，继续搅拌7.2h后，将溶胶倒入培养皿中，32℃下陈化4.5d形成凝胶，即得天蓝色前驱体复合醇凝胶；将所得醇凝胶于32℃下继续老化24.3h后，在35.4℃恒温下用97份体积比为1:1的正硅酸乙酯与无水乙醇的混合溶液浸泡2.7d进行老化，每24h换一次溶剂，使凝胶中的水分置换出来，再用无水乙醇洗涤3次，在35.3℃下恒温干燥15.2h，再在62.8℃下恒温干燥72.1h，最后将样品放入电炉中，于752℃处理5.3h，冷却即得；各原料均为重量份。
实施例9
一种制备Cu掺杂SiO2纳米复合气凝胶的方法，包括如下步骤：将23份Cu(NO3)2·3H2O溶于68份无水乙醇中，然后缓慢加入13份正硅酸乙酯和43份去离子水，于47.5℃的恒温磁力搅拌机上搅拌14min，加入9份DMF和6.5份浓硝酸，继续搅拌7.3h后，将溶胶倒入培养皿中，33℃下陈化4.7d形成凝胶，即得天蓝色前驱体复合醇凝胶；将所得醇凝胶于33℃下继续老化24.4h后，在35.6℃恒温下用98份体积比为1:1的正硅酸乙酯与无水乙醇的混合溶液浸泡2.8d进行老化，每24h换一次溶剂，使凝胶中的水分置换出来，再用无水乙醇洗涤5次，在35.5℃下恒温干燥15.5h，再在63.5℃下恒温干燥72.4h，最后将样品放入电炉中，于755℃处理5.5h，冷却即得；各原料均为重量份。
实施例10
一种制备Cu掺杂SiO2纳米复合气凝胶的方法，包括如下步骤：将24份Cu(NO3)2·3H2O溶于69份无水乙醇中，然后缓慢加入13.5份正硅酸乙酯和44份去离子水，于47.8℃的恒温磁力搅拌机上搅拌14.5min，加入9.5份DMF和6.8份浓硝酸，继续搅拌7.4h后，将溶胶倒入培养皿中，34℃下陈化4.9d形成凝胶，即得天蓝色前驱体复合醇凝胶；将所得醇凝胶于34℃下继续老化24.8h后，在35.8℃恒温下用99份体积比为1:1的正硅酸乙酯与无水乙醇的混合溶液浸泡2.9d进行老化，每24h换一次溶剂，使凝胶中的水分置换出来，再用无水乙醇洗涤4次，在35.7℃下恒温干燥15.9h，再在64.5℃下恒温干燥72.6h，最后将样品放入电炉中，于758℃处理5.7h，冷却即得；各原料均为重量份。
该方法简便、快捷、易操作，制备的复合气凝胶粒径小，比表面积大，微观结构完善，且具有良好的热稳定性。

Claims (10)

1.一种制备Cu掺杂SiO2纳米复合气凝胶的方法，其特征在于包括如下步骤：将15-25份Cu(NO3)2·3H2O溶于60-70份无水乙醇中，然后缓慢加入8-14份正硅酸乙酯和35-45份去离子水，于44-48℃的恒温磁力搅拌机上搅拌10-15min，加入5-10份DMF和5-7份浓硝酸，继续搅拌6.5-7.5h后，将溶胶倒入培养皿中，25-35℃下陈化3-5d形成凝胶，即得天蓝色前驱体复合醇凝胶；将所得醇凝胶于25-35℃下继续老化23-25h后，在34-36℃恒温下用90-100份体积比为1:1的正硅酸乙酯与无水乙醇的混合溶液浸泡2-3d进行老化，每24h换一次溶剂，使凝胶中的水分置换出来，再用无水乙醇洗涤3-5次，在34-36℃下恒温干燥14-16h，再在60-65℃下恒温干燥71-73h，最后将样品放入电炉中，于740-760℃处理4-6h，冷却即得；各原料均为重量份。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：缓慢加入11份正硅酸乙酯和40份去离子水。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：于46℃的恒温磁力搅拌机上搅拌12min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：继续搅拌7h。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：30℃下陈化4d形成凝胶。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将所得醇凝胶于30℃下继续老化24h。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在35℃恒温下用95份体积比为1:1的正硅酸乙酯与无水乙醇的混合溶液浸泡2.5d。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在35℃下恒温干燥15h。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：再在62℃下恒温干燥72h。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：于750℃处理5h。
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