CN108928823B - 一种二氧化硅气凝胶及其常压干燥制备方法和应用 - Google Patents

一种二氧化硅气凝胶及其常压干燥制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN108928823B
CN108928823B CN201810940396.6A CN201810940396A CN108928823B CN 108928823 B CN108928823 B CN 108928823B CN 201810940396 A CN201810940396 A CN 201810940396A CN 108928823 B CN108928823 B CN 108928823B
Authority
CN
China
Prior art keywords
water
silicate
acid
soluble
drying
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810940396.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108928823A (zh
Inventor
卢斌
卢孟磊
张丁日
卢梦言
左小荣
卢珊
卢军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Central South Univ
Original Assignee
Central South Univ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Central South Univ filed Critical Central South Univ
Priority to CN201810940396.6A priority Critical patent/CN108928823B/zh
Publication of CN108928823A publication Critical patent/CN108928823A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108928823B publication Critical patent/CN108928823B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C01B33/14—Colloidal silica, e.g. dispersions, gels, sols
    • C01B33/157—After-treatment of gels
    • C01B33/158—Purification; Drying; Dehydrating
    • C01B33/1585—Dehydration into aerogels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C01B33/14—Colloidal silica, e.g. dispersions, gels, sols
    • C01B33/155—Preparation of hydroorganogels or organogels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/10—Solid density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/12—Surface area
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/32—Thermal properties

Abstract

本发明公开了一种二氧化硅气凝胶及其常压干燥制备方法和应用，该方法包括以下步骤：1)将硅源、水及酸催化剂混合反应，得到溶胶；2)将有机胺溶于非水溶性低表面张力溶剂，得到碱性有机溶液；3)将溶胶与碱性有机溶液搅拌混合，在搅拌混合过程中同时加入相转移催化剂，得到非稳定乳浊液；4)将非稳定乳浊液静置处理使其凝胶化，老化，得到湿凝胶；5)将湿凝胶进行常压干燥处理，得到质量轻、比表面积大、导热系数低的二氧化硅气凝胶；该方法具有工艺流程短、生产效率高、成本低等优点，获得的二氧化硅气凝胶综合性能优异，可以广泛作为保温隔热材料、吸音材料、吸附材料或防爆材料等应用。

Description

一种二氧化硅气凝胶及其常压干燥制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种二氧化硅气凝胶及其制备方法和应用，特别涉及一种常压干燥快速制备二氧化硅气凝胶的方法，及二氧化硅气凝胶在保温隔热材料、吸音材料、吸附材料或防爆材料等应用，属于纳米介孔材料制备技术领域。
背景技术
气凝胶是一种具有三维网络骨架结构和纳米级孔洞的轻质无机固体材料，具有极高的孔隙率、比表面积，极低的密度和固含量，化学惰性和不燃性，表现出优异的绝热、防火、隔音、减震吸能以及透明等特性，导热系数可低至0.011W/m·K以下，是所有固体材料中隔热保温性能最好的一种，可广泛应用于国防军工、航空航天、安保反恐等军事领域以及绿色建筑、热量传输、太阳能利用、公共交通、金融设备防护等民用领域。但是，由于气凝胶生产成本较高，导致应用受到一定的制约。
目前，制备气凝胶干燥工艺主要为超临界干燥工艺和常压干燥工艺，超临界干燥是目前制备气凝胶的主流技术。相比后者，前者生产设备一次性投资高，生产成本相对较高。但是，对于常压干燥工艺，在干燥工艺前，需要使用大量的低表面张力溶剂(如正己烷等)进行溶剂置换，工序多，周期长，制备环境不固定，导致气凝胶性能的可重复性变差，生产成本偏高。
采用低成本无机水溶性硅源作为原料制备气凝胶时，由于常用的无机水溶性硅源含有大量的电解质，如Na+、K+、OH-等，因此，在干燥前须去除这些离子。目前，常用去除离子的方法有：(1)使用离子交换树脂处理硅源，处理过程中将硅源的pH值从碱性调至酸性，硅源发生不可控的水解反应和缩聚反应，很难获得高性能的气凝胶，且使用离子交换树脂也会导致成本增加；(2)使用水多次置换洗涤去除电解质，该方法操作繁琐、制备周期长，且制备工艺中会产生大量含离子废水，不利于工业化生产。
发明内容
针对现有的二氧化硅气凝胶材料的制备技术存在的缺陷，本发明的第一个目的是在于提供一种低成本、快速，通过常压干燥制备二氧化硅气凝胶的方法，该方法利用相转移催化思想来制备二氧化硅气凝胶，省略了现有的二氧化硅气凝胶制备过程中繁琐的电解质去除步骤、有机溶剂置换步骤以及疏水改性步骤等，实现了短流程、快速、高效率、低成本制备气凝胶，有利于工业化生产。
本发明的第二个目的是在于提供一种密度小，比表面积大，导热系数低的二氧化硅气凝胶。
本发明的第三个目的是在于提供所述二氧化硅气凝胶的应用，将其作为保温隔热材料、吸音材料、吸附材料或防爆材料等应用，表现出优异的综合性能。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种常压干燥制备二氧化硅气凝胶的方法，其包括以下步骤：
1)将硅源、水及酸催化剂混合反应，得到溶胶；
2)将有机胺溶于非水溶性低表面张力溶剂，得到碱性有机溶液；
3)将溶胶与碱性有机溶液搅拌混合，在搅拌混合过程中同时加入相转移催化剂，得到非稳定乳浊液；
4)将非稳定乳浊液静置处理使其凝胶化，老化，得到湿凝胶；
5)将湿凝胶进行常压干燥处理，得到二氧化硅气凝胶。
本发明的技术方案是基于相转移催化思想来制备二氧化硅气凝胶，相对现有技术的常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺，省略了电解质去除步骤、有机溶剂置换步骤以及疏水改性步骤，实现了短流程、快速、低成本制备气凝胶。本发明的技术方案关键在于以下改进：(a)先将硅源在酸性催化剂作用下进行水解和预缩聚反应，可以调控氧化硅初级粒子的预聚合度和亲水基团-硅羟基(Si-OH)的数量，使其亲油性远远大于亲水性。研究发现，在酸性催化剂作用下，水相中的硅源，如水溶性烷烃硅酸盐可以发生水解反应，生成烷烃硅酸CnH2n+1Si(OH)3。通过调控pH值，可调节烷烃硅酸缓慢进行脱水缩合反应，生成烷基氧化硅初级粒子，可使亲水基团硅羟基(Si-OH)逐步减少，其HLB值随之减小，即在水中的溶解度逐渐降低，在有机溶剂中的溶解度逐渐增大；随着脱水缩合反应的进行，当烷基氧化硅初级粒子的HLB值＜10后，此时亲油性远远大于亲水性。(b)利用非水溶性低表面张力溶剂，实现烷基氧化硅初级粒子与金属阳离子(Li、Na、K)和阴离子(-OH、酸根等)的分相，在碱性非水溶性低表面张力溶剂溶液环境中，实现烷基氧化硅初级粒子进一步快速脱水缩合凝胶，且凝胶孔洞中，填充着非水溶性低表面张力有机溶剂，因此，可直接实现常压干燥。研究发现，在非稳定乳浊液环境下，由于烷基氧化硅初级粒子疏水性远远大于亲水性，会向有机相(即非水溶性低表面张力溶剂)中转移，而金属阳离子(Li、Na、K)和阴离子(-OH、酸根等)仍留在水相中。有机相中，在有机胺的作用下，烷基氧化硅初级粒子快速发生进一步脱水缩合反应，凝胶，生成凝胶孔洞中填充非水溶性低表面张力有机溶剂的烷凝胶。研究还发现，当凝胶孔洞中填充非水溶性低表面张力有机溶剂后，其表面张力不超过30mN/m，可以实现直接常压干燥，缩短流程，实现低成本制备。(c)借助相转移催化剂实现快速促进相分离和脱水缩合凝胶的过程，缩短制备时间。研究发现，在相转移催化剂的作用下，相转移催化剂可以用Q+Cl-表示，其中Q+为鎓盐阳离子，Q+与水相中的RSi(OH)2 -形成Q+RSi(OH)2 -中间体，将CnRSi(OH)2 -“拉”入有机相中，为保持电荷守恒，将Cl-留在水相中，RSi(OH)2 -在有机胺的催化作用下快速发生脱水缩合反应，最终形成烷凝胶，相转移催化剂显著提高烷烃硅酸盐相转移效率，提高脱水缩合反应速率，实现了快速制备。
优选的方案，硅源、水及非水溶性低表面张力溶剂之间的体积比为1：1～7：1～10。
较优选的方案，所述硅源包括水溶性脂肪烃硅酸盐，或者水溶性脂肪烃硅酸盐和水溶性无机硅酸盐。
较优选的方案，所述非水溶性低表面张力溶剂为表面张力低于30mN/m的非水溶性溶剂。进一步优选的非水溶性低表面张力溶剂包括正己烷、正庚烷、正辛烷、十一碳烷、甲苯、对二甲苯、正戊烯、正戊腈、乙酸正丁酯、二氯甲烷、异丙醚、全氟己烷、全氟戊烷、全氟辛醇、1-氯-3,3,3-三氟丙烷、七氟-2,3,3-三氯丁烷中至少一种。优选的非水溶性低表面张力溶剂表面张力低，且水溶性差，有利于分相，缩短缩合反应时间，且可以直接常压干燥。
较优选的方案，所述硅源包括水溶性脂肪烃硅酸盐和水溶性无机硅酸盐时，水溶性脂肪烃硅酸盐和水溶性无机硅酸盐的质量比≥1/50。
较优选的方案，所述水溶性硅酸盐为常见的水溶性硅酸盐，优选的水溶性硅酸盐包括硅酸锂、硅酸钠、硅酸钾、水合硅酸锂、水合硅酸钠、水合硅酸钾中至少一种。
较优选的方案，所述水溶性脂肪烃硅酸盐为RSi(OM)3，其中，R为碳原子数小于8的脂肪烃基，M为Li、Na或K。碳原子数小于8以保证水溶性烷烃硅酸盐具有较高的水溶性，可以在水性体系中完成水解-缩聚反应。水溶性脂肪烃硅酸盐中的脂肪烃基可以为烷烃基如CnH2n+1Si(OM)3，其中，n＜8，M为Li、Na或K；还可以是烯烃基或炔烃基。
本发明的水溶性脂肪烃硅酸盐具有3个可以发生水解-缩聚的-Si-O键，而水溶性硅酸盐则具有4个可以发生水解-缩聚的-Si-O键，在使用复合硅源时可以在保证凝胶疏水性的前提下，提高凝胶的交联度(即-Si-O-Si-键的数量)，进而显著提高凝胶的机械强度。
优选的方案，所述酸催化剂为本领域常见的有机或无机酸，还可以是其他具有酸性的物质，如强酸弱碱盐、酯类物质等。优选的酸催化剂包括盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、草酸、乙酸、柠檬酸中至少一种。
优选的方案，所述酸催化剂加入量以调节溶胶的pH为5～6计量。通过调控pH可以控制硅源的水解和预缩聚反应，可以调控氧化硅初级粒子的预聚合度和亲水基团-硅羟基(Si-OH)的数量，使其亲油性远远大于亲水性。
优选的方案，所述采用的有机胺为小分子有机胺在非水溶性低表面张力溶剂中的溶解分散性好，有机胺主要包括三丙胺、正丁胺、苯胺、二苯胺中至少一种。
优选的方案，所述有机胺加入量以调节碱性有机溶液的pH为9～11计量。
优选的方案，所述相转移催化剂包括苄基三乙基氯化铵、四丁基氯化铵、三辛基甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵中至少一种。
较优选的方案，所述相转移催化剂与硅源的质量比为1:0.1～100。
优选的方案，所述常压干燥条件为：在常压及60～195℃温度条件下，干燥1～4h。
本发明还提供了一种二氧化硅气凝胶，其由上述方法制备得到。
本发明制备的二氧化硅气凝胶综合性能优异，密度为0.08～0.12g/cm3，比表面积为780～1000m2/g，导热系数为0.011～0.015W/m·K。
本发明还提供了一种二氧化硅气凝胶的应用，其作为保温隔热材料、吸音材料、吸附材料或防爆材料应用。本发明的二氧化硅气凝胶由于具有优异的综合性能，可以作为保温隔热材料，应用于墙体围护、冷链等透明或半透明又需要高质量绝热的地方；也可以作为吸音材料，应用于高铁、巴铁等需要高质量隔音的地方；也可以作为吸附材料，应用于污染海水面、空气过滤筛、工厂排尘污等需要高质量吸附的地方；也可以作为防爆材料，应用于军用装甲车、软着陆、集装箱等需要高质量防爆抗冲击的地方。
本发明的常压干燥制备二氧化硅气凝胶的方法，包括以下具体步骤：
(1)溶胶的制备：将水溶性烷烃硅酸盐、水按比例混合均匀，在搅拌过程中，加入酸催化剂，将混合物体系pH值调节至5～6，获得溶胶；水溶性烷烃硅酸盐、水、非水溶性低表面张力溶剂的体积比为1：1～7：1～10；水溶性烷烃硅酸盐液可以水溶性烷烃硅酸盐和水溶性硅酸盐的混合物替代，所述水溶性硅酸盐可以为硅酸锂、硅酸钠、硅酸钾、水合硅酸锂、水合硅酸钠或水合硅酸钾等；水溶性烷烃硅酸盐为CnH2n+1Si(OM)3，其中n＜8，M为Li、Na、K中的一种；水溶性烷烃硅酸盐可以替换成水溶性烯烃硅酸盐或水溶性炔烃硅酸盐；酸催化剂可以为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、草酸、乙酸或柠檬酸等，还可以是其他具有酸性的物质，如强酸弱碱盐、酯类物质等；非水溶性低表面张力溶剂为表面张力低于30mN/m的非水溶性溶剂，具体如正己烷、正庚烷、正辛烷、十一碳烷、甲苯、对二甲苯、正戊烯、正戊腈、乙酸正丁酯、二氯甲烷、异丙醚、全氟己烷、全氟戊烷、全氟辛醇、1-氯-3,3,3-三氟丙烷、七氟-2,3,3-三氯丁烷等；
(2)碱性有机溶液的制备：向非水溶性低表面张力溶剂中加入有机胺，混合均匀，pH值为9～11；所述有机胺为三丙胺、正丁胺、苯胺、二苯胺等；
(3)非稳定乳浊液的制备：向步骤(1)的溶胶中加入步骤(2)的碱性有机溶液，高速搅拌，在搅拌的过程中加入相转移催化剂，继续搅拌0.1～1h；所述相转移催化剂为苄基三乙基氯化铵、四丁基氯化铵、三辛基甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵或十四烷基三甲基氯化铵等；
(4)凝胶的制备：将步骤(3)的非稳定乳浊液静置，分层，凝胶化，移除水相获得烷凝胶，老化0.1～9h；
(5)常压干燥：对步骤(4)的凝胶进行常压干燥处理，在常压条件下，干燥温度为60～195℃，干燥时间为1～4h，获得气凝胶。
相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益效果：
(1)本发明的二氧化硅气凝胶的制备工艺不需要电解质去除步骤、有机溶剂置换步骤、疏水改性步骤，避免了使用离子交换树脂和产生大量含盐废水、有机溶剂等，大大缩短制备工艺，节约成本，绿色环保；
(2)本发明的二氧化硅气凝胶的制备工艺采用非水溶性低表面张力溶剂可以通过冷凝处理回收使用，节能减排，节约成本；
(3)本发明的二氧化硅气凝胶的制备工艺生产周期小于24h，非常适合工业化生产。
(4)本发明的二氧化硅气凝胶综合性能优异，密度为0.08～0.12g/cm3，比表面积为780～1000m2/g，导热系数为0.011～0.015W/m·K，可以广泛应用于作为保温隔热材料、吸音材料、吸附材料或防爆材料。
(5)本发明首次将相转移催化的思想用于二氧化硅气凝胶的制备，相对现有的常压干燥制备二氧化硅气凝胶的工艺省略了电解质去除步骤和有机溶剂置换步骤以及疏水改性步骤，实现了短流程、快速、低成本制备气凝胶，非常适合工业化生产。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
实施例1
采用以下步骤低成本快速制备气凝胶：
(1)水性烷烃硅溶胶的制备，将丁基硅酸钠、水按比例混合均匀，在搅拌过程中，加入磷酸，将混合物体系pH值调节至6，获得水性烷烃硅溶胶；
(2)碱性有机溶剂的制备，向乙酸正丁酯中加入二苯胺，混合均匀，pH值为11；其中丁基硅酸钠、水、乙酸正丁酯的体积比为1：5：8
(3)非稳定乳浊液的制备，向步骤(1)的水性烷烃硅溶胶中加入步骤(2)的混合溶液，高速搅拌，在搅拌的过程中加入适量十二烷基三甲基氯化铵，继续搅拌0.6h；十二烷基三甲基氯化铵与丁基硅酸钠的质量比为1：60；
(4)烷凝胶的制备，将步骤(3)的非稳定乳浊液静置，分层，凝胶，移除水相获得烷凝胶，老化1h；
(5)常压干燥，对步骤(4)的烷凝胶进行常压干燥处理，在常压条件下，干燥温度为90℃，干燥时间为3h，获得气凝胶，密度为0.11g/cm3，比表面积为851m2/g，导热系数为0.012W/m·K。
实施例2
采用以下步骤低成本快速制备气凝胶：
(1)水性烷烃硅溶胶的制备，将乙基硅酸钾、水按比例混合均匀，在搅拌过程中，加入硝酸，将混合物体系pH值调节至5，获得水性烷烃硅溶胶；
(2)碱性有机溶剂的制备，向甲苯中加入正丁胺，混合均匀，pH值为9；其中乙基硅酸钾、水、甲苯的体积比为1：7：10；
(3)非稳定乳浊液的制备，向步骤(1)的水性烷烃硅溶胶中加入步骤(2)的混合溶液，高速搅拌，在搅拌的过程中加入适量四丁基氯化铵，继续搅拌1h；四丁基氯化铵与乙基硅酸钾的质量比为1：30；
(4)烷凝胶的制备，将步骤(3)的非稳定乳浊液静置，分层，凝胶，移除水相获得烷凝胶，老化9h；
(5)常压干燥，对步骤(4)的烷凝胶进行常压干燥处理，在常压条件下，干燥温度为195℃，干燥时间为1h，获得气凝胶，密度为0.10g/cm3，比表面积为887m2/g，导热系数为0.013W/m·K。
实施例3
采用以下步骤低成本快速制备气凝胶：
(1)水性烷烃硅溶胶的制备，将丙基硅酸锂、水按比例混合均匀，在搅拌过程中，加入盐酸，将混合物体系pH值调节至6，获得水性烷烃硅溶胶；
(2)碱性有机溶剂的制备，向正戊烯中加入苯胺，混合均匀，pH值为10；其中丙基硅酸锂、水、正戊烯的体积比为1：5：8；
(3)非稳定乳浊液的制备，向步骤(1)的水性烷烃硅溶胶中加入步骤(2)的混合溶液，高速搅拌，在搅拌的过程中加入适量苄基三乙基氯化铵，继续搅拌0.5h；苄基三乙基氯化铵与丙基硅酸锂的质量比为1：1；
(4)烷凝胶的制备，将步骤(3)的非稳定乳浊液静置，分层，凝胶，移除水相获得烷凝胶，老化2h；
(5)常压干燥，对步骤(4)的烷凝胶进行常压干燥处理，在常压条件下，干燥温度为80℃，干燥时间为2h，获得气凝胶，密度为0.09g/cm3，比表面积为845m2/g，导热系数为0.011W/m·K。
实施例4
采用以下步骤低成本快速制备气凝胶：
(1)水性烷烃硅溶胶的制备，将甲基硅酸钠、水按比例混合均匀，在搅拌过程中，加入硫酸，将混合物体系pH值调节至6，获得水性烷烃硅溶胶；
(2)碱性有机溶剂的制备，向正庚烷中加入三丙胺，混合均匀，pH值为11；其中甲基硅酸钠、水、正庚烷的体积比为1：1：1；
(3)非稳定乳浊液的制备，向步骤(1)的水性烷烃硅溶胶中加入步骤(2)的混合溶液，高速搅拌，在搅拌的过程中加入适量苄基三乙基氯化铵，继续搅拌0.1h；苄基三乙基氯化铵与甲基硅酸钠的质量比为1：1；
(4)烷凝胶的制备，将步骤(3)的非稳定乳浊液静置，分层，凝胶，移除水相获得烷凝胶，老化0.1h；
(5)常压干燥，对步骤(4)的烷凝胶进行常压干燥处理，在常压条件下，干燥温度为60℃，干燥时间为4h，获得气凝胶，密度为0.11g/cm3，比表面积为873m2/g，导热系数为0.011W/m·K。
实施例5
采用以下步骤低成本快速制备气凝胶：
(1)水性烷烃硅溶胶的制备，将甲基硅酸钾、水玻璃、水按比例混合均匀，在搅拌过程中，加入盐酸，将混合物体系pH值调节至6，获得水性烷烃硅溶胶；
(2)碱性有机溶剂的制备，向正庚烷中加入三丙胺，混合均匀，pH值为11；其中甲基硅酸钠、硅酸钠、水、正庚烷的体积比为1：0.2：1：1；
(3)非稳定乳浊液的制备，向步骤(1)的水性烷烃硅溶胶中加入步骤(2)的混合溶液，高速搅拌，在搅拌的过程中加入适量苄基三乙基氯化铵，继续搅拌0.1h，苄基三乙基氯化铵与甲基硅酸钠的质量比为1：0.1；
(4)烷凝胶的制备，将步骤(3)的非稳定乳浊液静置，分层，凝胶，移除水相获得烷凝胶，老化0.1h；
(5)常压干燥，对步骤(4)的烷凝胶进行常压干燥处理，在常压条件下，干燥温度为60℃，干燥时间为4h，获得气凝胶，密度为0.10g/cm3，比表面积为853m2/g，导热系数为0.013W/m·K。
对比实施例1
采用以下步骤低成本快速制备气凝胶：
(1)水性硅酸盐溶胶的制备，将水玻璃、水按比例混合均匀，在搅拌过程中，加入盐酸，将混合物体系pH值调节至6，获得水性硅酸盐溶胶；
(2)碱性有机溶剂的制备，向正庚烷中加入三丙胺，混合均匀，pH值为11；其中硅酸钠、水、正庚烷的体积比为1.2：1：1；
(3)非稳定乳浊液的制备，向步骤(1)的水性硅酸盐溶胶中加入步骤(2)的混合溶液，高速搅拌，在搅拌的过程中加入适量苄基三乙基氯化铵，继续搅拌0.1h，苄基三乙基氯化铵与硅酸钠的质量比为1：10；
(4)烷凝胶的制备，将步骤(3)的非稳定乳浊液静置，分层，凝胶，移除水相获得烷凝胶，老化0.1h；
(5)常压干燥，对步骤(4)的烷凝胶进行常压干燥处理，在常压条件下，干燥温度为60℃，干燥时间为4h，获得气凝胶，密度为0.11g/cm3，比表面积为180m2/g，导热系数为0.40W/m·K。该对比实施例说明如果只使用水玻璃作为硅源，获得的湿凝胶是亲水性的，直接进行常压干燥会导致严重收缩，进而导致密度大幅提高，导热系数大幅提高，比表面积大幅降低。
对比实施例2
与实施例相比，唯一区别点在于将非水溶性低表面张力溶剂换为水溶性的表面张力溶剂，如丙酮。如此不能形成非稳定乳浊液，相转移催化剂无法发挥将硅源与离子分离的作用，无法获得所需湿凝胶和气凝胶。
对比实施例3
与实施例相比，唯一区别点在于不添加相转移催化剂。在不添加相转移催化剂的条件下，无法形成二氧化硅气凝胶。不加相转移催化剂连湿凝胶都无法形成。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种常压干燥制备二氧化硅气凝胶的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将硅源、水及酸催化剂混合反应，得到溶胶；
2)将有机胺溶于非水溶性低表面张力溶剂，得到碱性有机溶液；
3)将溶胶与碱性有机溶液搅拌混合，在搅拌混合过程中同时加入相转移催化剂，得到非稳定乳浊液；
4)将非稳定乳浊液静置处理使其凝胶化，老化，得到湿凝胶；
5)将湿凝胶进行常压干燥处理，得到二氧化硅气凝胶；
硅源、水及非水溶性低表面张力溶剂之间的体积比为1：1～7：1～10；
所述硅源包括水溶性脂肪烃硅酸盐，或者水溶性脂肪烃硅酸盐和水溶性无机硅酸盐；所述水溶性无机硅酸盐包括硅酸锂、硅酸钠、硅酸钾、水合硅酸锂、水合硅酸钠、水合硅酸钾中至少一种；所述水溶性脂肪烃硅酸盐为RSi(OM)3，其中，R为碳原子数小于8的脂肪烃基，M为Li、Na或K；
所述非水溶性低表面张力溶剂包括正己烷、正庚烷、正辛烷、十一碳烷、甲苯、对二甲苯、正戊烯、正戊腈、乙酸正丁酯、二氯甲烷、异丙醚、全氟己烷、全氟戊烷、全氟辛醇、1-氯-3,3,3-三氟丙烷、七氟-2,3,3-三氯丁烷中至少一种；
所述硅源包括水溶性脂肪烃硅酸盐和水溶性无机硅酸盐时，水溶性脂肪烃硅酸盐和水溶性无机硅酸盐的质量比≥1/50；
所述有机胺包括三丙胺、正丁胺、苯胺、二苯胺中至少一种；
所述有机胺加入量以调节碱性有机溶液的pH为9～11计量；
所述相转移催化剂包括苄基三乙基氯化铵、四丁基氯化铵、三辛基甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵中至少一种；所述相转移催化剂与硅源的质量比为1:0.1～100。
2.根据权利要求1所述的一种常压干燥制备二氧化硅气凝胶的方法，其特征在于：
所述酸催化剂包括盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、草酸、乙酸、柠檬酸中至少一种；所述酸催化剂加入量以调节溶胶的pH为5～6计量。
3.根据权利要求1或2所述的一种常压干燥制备二氧化硅气凝胶的方法，其特征在于：所述常压干燥条件为：在常压及60～195℃温度条件下，干燥1～4h。
CN201810940396.6A 2018-08-17 2018-08-17 一种二氧化硅气凝胶及其常压干燥制备方法和应用 Active CN108928823B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810940396.6A CN108928823B (zh) 2018-08-17 2018-08-17 一种二氧化硅气凝胶及其常压干燥制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810940396.6A CN108928823B (zh) 2018-08-17 2018-08-17 一种二氧化硅气凝胶及其常压干燥制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108928823A CN108928823A (zh) 2018-12-04
CN108928823B true CN108928823B (zh) 2020-01-31

Family

ID=64446048

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810940396.6A Active CN108928823B (zh) 2018-08-17 2018-08-17 一种二氧化硅气凝胶及其常压干燥制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108928823B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110528083B (zh) * 2019-06-26 2021-06-01 河海大学 宏观3d纳米材料掺杂的方法
CN111991357B (zh) * 2020-09-01 2023-02-21 江西省科达动物药业有限公司 一种二氧化硅气凝胶负载的伊维菌素载药颗粒
CN113651992B (zh) * 2021-08-18 2022-12-30 中国科学技术大学 形状记忆气凝胶及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040038818A1 (en) * 1997-08-08 2004-02-26 Brown University Research Foundation Non-metal aerogel materials and detectors, liquid and gas absorbing objects, and optical devices comprising same
US20040132846A1 (en) * 2002-08-16 2004-07-08 Nicholas Leventis Methods and compositions for preparing silica aerogels
CN101096273A (zh) * 2007-06-05 2008-01-02 南京工业大学 一种块状低密度凝胶隔热复合材料
CN101456569A (zh) * 2008-07-22 2009-06-17 绍兴纳诺气凝胶新材料研发中心有限公司 一种水热合成低成本快速制备气凝胶的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040038818A1 (en) * 1997-08-08 2004-02-26 Brown University Research Foundation Non-metal aerogel materials and detectors, liquid and gas absorbing objects, and optical devices comprising same
US20040132846A1 (en) * 2002-08-16 2004-07-08 Nicholas Leventis Methods and compositions for preparing silica aerogels
CN101096273A (zh) * 2007-06-05 2008-01-02 南京工业大学 一种块状低密度凝胶隔热复合材料
CN101456569A (zh) * 2008-07-22 2009-06-17 绍兴纳诺气凝胶新材料研发中心有限公司 一种水热合成低成本快速制备气凝胶的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
纳米二氧化硅气凝胶新型制备技术及其在建材领域的应用;郭建平等;《新材料产业》;20121231(第4期);第30-34页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108928823A (zh) 2018-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108928823B (zh) 一种二氧化硅气凝胶及其常压干燥制备方法和应用
CN108314411B (zh) 采用无氯无醇工艺制备二氧化硅气凝胶复合材料的方法
CN109019611B (zh) 一种块体透明二氧化硅气凝胶及其快速制备方法和应用
CN104194066B (zh) 氧化硅-壳聚糖复合气凝胶及其制备方法
CN107759151B (zh) 一种膨胀珍珠岩-SiO2气凝胶的轻质保温墙体材料的制备方法
KR100796253B1 (ko) 초소수성 실리카계 분말의 제조방법
KR101955184B1 (ko) 저분진 고단열 에어로겔 블랭킷의 제조방법
KR102148388B1 (ko) 실리카 에어로겔 블랭킷의 제조방법 및 이로 제조된 실리카 에어로겔 블랭킷
JP5732384B2 (ja) 可とう性シリカ含有発泡体
CN109179428B (zh) 一种增强型透明二氧化硅气凝胶及其制备方法
CH710694B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Aerogels resp. eines Aerogel-Verbundwerkstoffs, sowie Aerogel resp. Aerogel-Verbundwerkstoff erhältlich nach dem Verfahren.
CN110817889B (zh) 一种增韧型二氧化硅气凝胶的制备方法、增韧型二氧化硅气凝胶及其应用
CN112119036A (zh) 气凝胶毡的制造方法
CN113683387B (zh) 疏水阻燃二氧化硅气凝胶陶瓷纤维毡及其制备方法
CA2778653C (en) Elastic inorganic-organic hybrid foam
CN104355313A (zh) 一种二氧化硅疏水多孔材料的简易制备方法
JP2023526871A (ja) エアロゲルブランケットの製造方法およびそれにより製造されたエアロゲルブランケット
CN112679228B (zh) 一种混凝土密封固化剂及其制备方法
CN111039583B (zh) 一种低成本快速制备微纳结构气凝胶膨胀珍珠岩的方法
US11981576B2 (en) Method for recycling supercritical waste liquid generated during process of producing silica aerogel blanket
US11760645B2 (en) Method for recycling supercritical waste liquid generated during process of producing silica aerogel blanket
CN116102020B (zh) 二氧化硅气凝胶的制备方法及二氧化硅气凝胶
JP2017534556A (ja) エーロゲルの製造方法
CN116495774B (zh) 一种硅气凝胶及其制备方法
Yu et al. Aerogel materials for insulation in buildings

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant