CN117942885A - 一种高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶的常压干燥制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶的常压干燥制备方法，本发明通过水解并与预缩合、凝胶、凝胶老化、表面改性、溶剂替换和常压干燥的步骤实现高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶的常压干燥制备，本发明在老化过程采用设定聚合度的硅烷浸泡，并加入催化剂进一步促进网络结构中未反应的硅源生长在网络结构上，增加纳米粒子间的结合力，从而提高网络结构的强度；在表面改性阶段加入含有不饱和键的硅烷偶联剂，并在设定条件下使其反生交联，从而在网络结构表面形成一层具有交联结构的保护层，从而提高网络结构的韧性；溶剂中加入表面活性剂，可以促进替换溶剂与酒精的结合，加快溶剂替换的速度。
Description
技术领域
本发明涉及气凝胶技术领域，具体涉及一种高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶的常压干燥制备方法。
背景技术
气凝胶是一种新型的纳米多孔固体材料，由于其独特的三维网络结构使其具有高比表面积、高孔隙率、低密度、低介电常数和极好的隔热性能等特性。因此，气凝胶在热学、光学、电学、声学等方面均有独特的优良性质，可作为高效隔热保温材料、声阻抗耦合材料、低介电绝缘材料、催化剂及催化剂载体等，其应用前景不可限量。
由于气凝胶的孔径在纳米尺度，加上凝胶表面存在大量的羟基基团，在干燥时，会产生强烈的毛细管收缩作用，造成凝胶网络结构逐渐坍塌破裂，因此干燥工艺是制备气凝胶的关键步骤。气凝胶干燥工艺主要包括超临界干燥工艺、常压干燥工艺以及冷冻干燥工艺。其中超临界干燥工艺是在高于液体临界温度和临界压力的超临界状态下除去湿凝胶孔隙中的液体，由于极大地减小了毛细管压力，有效地解决了干燥过程中凝胶结构坍塌和收缩的问题。但是，超临界干燥工艺复杂、设备成本高、能耗大，且有高温高压危险性，不利于大规模工业化生产。此外，超临界干燥得到的气凝胶表面残留羟基，气凝胶疏水性较差，极易吸收空气中的水分，导致多孔结构坍塌甚至破坏，极大限制了气凝胶的应用。冷冻干燥工艺是通过固体直接升华成气体，避免产生毛细管压力，从而得到网络结构良好的气凝胶。但是冷冻干燥温度过低，同时需要保持较大的真空度，因此整个干燥过程非常缓慢，而且能耗较高，无法实现大规模生产。因此常压干燥成为气凝胶大规模化生产和低成本化的重要路径。
常压干燥关键在于对湿凝胶进行网络增强，同时将凝胶孔隙中表面张力大的溶剂替换为表面张力小的溶剂，减小凝胶干燥收缩和破裂问题，实现常压干燥制备气凝胶，并且所获得的气凝胶具有较好的疏水性，可有效避免吸附空气中的水分，提高气凝胶的环境稳定性。现阶段凝胶网络的增强多通过加热老化和提高二氧化硅含量实现，这就使得最终得到的气凝胶密度较高。另外，增强后气凝胶网络结构刚性较强，韧性较差，在干燥过程仍有大量的多孔结构坍塌，最终得到的气凝胶比表面积较小、孔体积较小、密度较高。同时溶剂替换过程较为缓慢，需要消耗大量的有机溶剂，造成气凝胶的制备成本升高，制备周期较长。一般采用常压干燥制备的气凝胶比表面积只能达到600m2/g左右，其制备周期在1周以上，气凝胶性能较差。
因此，需要开发一种高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶的常压干燥制备方法，以实现缩短制备周期、减少溶剂使用量和降低生产成本的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶的常压干燥制备方法，以实现缩短制备周期、减少溶剂使用量和降低生产成本的目的。
本发明的目的是这样实现的：
一种高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶的常压干燥制备方法，包括以下步骤：
步骤（1）水解并预缩合：采用水解-预缩合-缩合工艺制备湿凝胶；将硅源、水和乙醇混合进行搅拌，并加入酸性溶液调节pH值为2，反应24h；然后向水解液中加入弱碱性溶液，调节水解液pH值为5，反应2-16h，得到预缩合水解液；
步骤（2）凝胶：向步骤（1）的预缩合水解液中加入碱性溶液调节混合液pH值为8，放置得到湿凝胶；
步骤（3）凝胶老化：将步骤（2）得到的湿凝胶在室温下放置1-8h，然后将湿凝胶放置到老化液中，温度为40-75℃，浸泡老化8-36h得到老化湿凝胶；所述的老化液包括增韧硅源、催化剂和乙醇；增韧硅源为1，2-双三甲氧基硅基乙烷和聚甲基三乙氧基硅烷的组合；所述催化剂为氟化铵，四丁基氟化铵、氢氟酸、碳酸氢钠中的一种；
步骤（4）表面改性：将步骤（3）中老化湿凝胶加入改性液中，温度为25-75℃，浸泡改性10-72h；然后将改性湿凝胶同改性液放到高压反应釜中在150℃，压力为0.8MPa条件下，反应0.5-24h，让表面基团交联；所述改性液包括表面改性剂、乙醇和催化剂；表面改性剂为乙烯基三甲氧基硅烷；所述催化剂为氟化铵；
步骤（5）溶剂替换：将经步骤（4）交联后的湿凝胶浸泡到表面活性剂和低表面张力溶剂混合液中，直至体系中不再产生下层液为止，溶剂替换完成；所述低表面张力溶剂为正己烷；所述表面活性剂为十二烷基三甲基氯化铵和丙基三乙氧基硅烷，低表面张力溶剂和表面活性剂质量比为1：0.006-0.03；
步骤（6）常压干燥：将步骤（5）处理后的湿凝胶放到锥形瓶中，并用不锈钢板盖在锥形瓶瓶口，然后将锥形瓶放到烘箱中，分别在60℃，80℃，100℃，120℃，160℃下干燥2h，得到高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶。
所述步骤（1）中，所述弱碱性溶液为氟化铵溶液、乙酸钠溶液中的一种或两种。
所述步骤（1）中，所述硅源为正硅酸乙酯，其中硅源、乙醇、水的摩尔比为1：20：2；所述酸性溶液为盐酸溶液、草酸溶液、硝酸溶液、硫酸溶液、甲酸溶液或甲磺酸溶液中的一种。
所述步骤（2）中，所述碱性溶液为氨水溶液、氢氧化钠溶液、乙醇胺溶液或聚乙烯多胺溶液的一种。
所述步骤（3）中，增韧硅源、乙醇的摩尔比为1：20-25；老化液与催化剂的质量比为1：0.008-0.021。
所述步骤（4）中，表面改性剂、乙醇的摩尔比为1：20；改性液与催化剂的质量比为1：0.008。
本发明的有益效果是：1.本发明采用预缩合工艺增加硅氧链的长度，提高纳米粒子的聚合程度和交联程度，从而提高网络结构的韧性和均匀性，最终提高气凝胶网络结构的均匀性和完整程度；
2. 本发明在老化过程采用一定聚合度的硅烷浸泡，并加入催化剂进一步促进网络结构中未反应的硅源生长在网络结构上，增加纳米粒子间的结合力，从而提高网络结构的强度；
3. 本发明在表面改性阶段加入含有不饱和键的硅烷偶联剂，并在一定条件下使其发生交联，从而在网络结构表面形成一层具有交联结构的保护层，提高网络结构的韧性；
4. 本发明溶剂中加入表面活性剂，可以促进替换溶剂与酒精的结合，加快溶剂替换的速度；
5. 本发明替换溶剂与乙醇产生相分离，从而避免后期二者的分离提纯，两种溶剂可以直接进行循环利用；
6. 本发明在干燥过程中溶剂挥发阶段采用较高温度进行干燥，从而保证溶剂具有较低的表面张力，同时控制溶剂的挥发速度；从而可以得到更完整的网络结构。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
气凝胶比表面积、平均孔径、孔容积由Micromeritics公司的ASAPS2460全自动快速比表面与孔隙度分析仪测定；
气凝胶的密度由DahoMeter公司的DA-300PF泡沫密度计测定。
实施例1
步骤（1）水解并预缩合：先将正硅酸乙酯、乙醇、水按照摩尔比为1：20：2混合进行搅拌，并加入草酸溶液调节pH值为2，反应24h；然后向水解液中加入氟化铵和乙酸钠复合溶液，调节水解液pH值为5，反应4h，得到预缩合的水解液；
步骤（2）凝胶：向预缩合水解液中加入乙醇胺溶液，调节混合液pH值为8，放置得到湿凝胶。
步骤（3）凝胶老化：将步骤（2）得到的湿凝胶在室温下放置3h，然后将湿凝胶放置到老化液中，在40℃下浸泡老化16h得到老化湿凝胶；
老化液由1，2-双三甲氧基硅基乙烷，聚甲基三乙氧基硅烷、氟化铵和乙醇组成，其中1，2-双三甲氧基硅基乙烷，聚甲基三乙氧基硅烷为增韧硅源，氟化铵为催化剂，增韧硅源与乙醇的摩尔比为1：25，老化液与催化剂质量比为1：0.021；1，2-双三甲氧基硅基乙烷，聚甲基三乙氧基硅烷与乙醇的摩尔比为0.4：0.6：25；
步骤（4）表面改性：将老化的湿凝胶放到改性液中，在35℃浸泡改性24h；然后将改性湿凝胶同改性液放到高压反应釜中在150℃，压力为0.8MPa的条件下反应4h，让表面基团交联；
其中，改性液由乙烯基三甲氧基硅烷、乙醇和氟化铵组成；乙烯基三甲氧基硅烷为表面改性剂，氟化铵为催化剂，其中表面改性剂与乙醇按照摩尔比为1：20；改性液与催化剂的质量比为1：0.008；
步骤（5）溶剂替换：将交联后的湿凝胶浸泡到丙基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲基氯化铵和正己烷混合液中，直到溶剂替换完成；其中，正己烷为低表面张力溶剂；十二烷基三甲基氯化铵和丙基三乙氧基硅烷为表面活性剂，低表面张力溶剂与表面活性剂质量比为1：0.006；其中溶剂替换时间为42h；十二烷基三甲基氯化铵与丙基三乙氧基硅烷的质量比为1:1；
步骤（6）常压干燥：将湿凝胶放到锥形瓶中，并用不锈钢板盖在锥形瓶瓶口，然后将锥形瓶放到烘箱中，分别在60℃，80℃，100℃，120℃，160℃下干燥2h，得到高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶。
经过测试，制备的高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶比表面积为986m2/g；孔容积为3.4g/L；平均孔径为57nm；密度为0.086g/L。
实施例2
步骤（1）水解并预缩合：先将正硅酸乙酯、乙醇、水按照摩尔比为1：20 ：2混合进行搅拌，并加入盐酸溶液调节pH值为2，反应24h；然后向水解液中加入氟化铵和乙酸钠复合溶液，调节水解液pH值为5，反应4h，得到预缩合的水解液；
步骤（2）凝胶：向预缩合水解液中加入聚乙烯多胺溶液，调节混合液pH值为8，放置得到湿凝胶。
步骤（3）凝胶老化：将步骤（2）得到的湿凝胶在室温下放置3h，然后将湿凝胶放置到老化液中，在40℃下浸泡老化16h得到老化湿凝胶；
老化液由1，2-双三甲氧基硅基乙烷、聚甲基三乙氧基硅烷、四丁基氟化铵和乙醇组成，1，2-双三甲氧基硅基乙烷、聚甲基三乙氧基硅烷为增韧硅源，四丁基氟化铵为催化剂，其中增韧硅源与乙醇的摩尔比为1：25，老化液与催化剂质量比为1：0.021；1，2-双三甲氧基硅基乙烷，聚甲基三乙氧基硅烷与乙醇的摩尔比为0.4：0.6：25；
步骤（4）表面改性：将老化的湿凝胶放到改性液中，在35℃下浸泡改性24h；然后将改性湿凝胶同改性液放到高压反应釜中在150℃，压力为0.8MPa的条件下反应24h，让表面基团交联；
其中，改性液由乙烯基三甲氧基硅烷，乙醇，氟化铵组成；乙烯基三甲氧基硅烷为表面改性剂，氟化铵为催化剂，其中表面改性剂与乙醇按照摩尔比为1：20；改性液与催化剂的质量比为1：0.008；
步骤（5）溶剂替换：将交联后的湿凝胶浸泡到丙基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲基氯化铵和正己烷混合液中，直到溶剂替换完成；其中正己烷为低表面张力溶剂；十二烷基三甲基氯化铵和丙基三乙氧基硅烷为表面活性剂，低表面张力溶剂与表面活性剂质量比为1：0.006；溶剂替换完成时间为46h；十二烷基三甲基氯化铵与丙基三乙氧基硅烷的质量比为1:1；
步骤（6）常压干燥：将湿凝胶放到锥形瓶中，并用不锈钢板盖在锥形瓶瓶口，然后将锥形瓶放到烘箱中，分别在60℃，80℃，100℃，120℃，160℃下干燥2h，得到高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶。
经过测试，制备的高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶比表面积为1028m2/g；孔容积为3.5g/L；平均孔径为69nm；密度为0.095g/L；由实施例1和实施例2可知，延长表面改性中表面基团交联的时间，气凝胶表面集团交联程度提高，气凝胶比表面积变大，密度变大。
实施例3
步骤（1）水解并预缩合：先将正硅酸乙酯，乙醇，水按照摩尔比为1：20 ：2混合进行搅拌，并加入甲酸溶液调节pH值为2，反应24h；然后向水解液中加入氟化铵溶液，调节水解液pH值为5，反应4h，得到预缩合的水解液；
步骤（2）凝胶：向预缩合水解液中加入氨水溶液，调节混合液pH值为8，放置得到湿凝胶。
步骤（3）凝胶老化：将步骤（2）得到的湿凝胶在室温下放置3h，然后将湿凝胶放置到老化液中，在40℃下浸泡老化16h得到老化湿凝胶；
老化液由1，2-双三甲氧基硅基乙烷、聚甲基三乙氧基硅烷、氢氟酸和乙醇组成，1，2-双三甲氧基硅基乙烷和聚甲基三乙氧基硅烷为增韧硅源，氢氟酸为催化剂，其中增韧硅源与乙醇的摩尔比为1：25，老化液与催化剂质量比为1：0.021；1，2-双三甲氧基硅基乙烷，聚甲基三乙氧基硅烷与乙醇的摩尔比为0.4：0.6：25；
步骤（4）表面改性：将老化的湿凝胶放到改性液中，在35℃之间浸泡改性24h；然后将改性湿凝胶同改性液放到高压反应釜中在150℃，压力为0.8MPa的条件下反应0.5h，让表面基团交联；
其中，改性液由乙烯基三甲氧基硅烷，乙醇和氟化铵组成；乙烯基三甲氧基硅烷为表面改性剂，氟化铵为催化剂，其中表面改性剂与乙醇按照摩尔比为1：20；改性液与催化剂的质量比为1：0.008；
步骤（5）溶剂替换：将交联后的湿凝胶浸泡到丙基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲基氯化铵和正己烷混合液中，直到溶剂替换完成；其中正己烷为低表面张力溶剂；十二烷基三甲基氯化铵和丙基三乙氧基硅烷为表面活性剂，低表面张力溶剂与表面活性剂质量比为1：0.006；溶剂替换51h完成；十二烷基三甲基氯化铵与丙基三乙氧基硅烷的质量比为1:1；
步骤（6）常压干燥：将湿凝胶放到锥形瓶中，并用不锈钢板盖在锥形瓶瓶口，然后将锥形瓶放到烘箱中，分别在60℃，80℃，100℃，120℃，160℃下干燥2h，得到高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶。
经过测试，制备的高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶比表面积为931m2/g；孔容积为3.1g/L；平均孔径为59nm；密度为0.107g/L；由实施例1、实施例2和实施例3可知，缩短表面改性时表面集团交联的时间，气凝胶表面集团交联程度变差，气凝胶比表面积变小，密度变大。
实施例4
步骤（1）、（2）、（3）、（4）同实施例1；
步骤（5）溶剂替换：将交联后的湿凝胶浸泡到丙基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲基氯化铵和正己烷混合液中，直到溶剂替换完成；其中正己烷为低表面张力溶剂；十二烷基三甲基氯化铵和丙基三乙氧基硅烷为表面活性剂，低表面张力溶剂与表面活性剂质量比为1：0.01；溶剂替换39h完成；十二烷基三甲基氯化铵与丙基三乙氧基硅烷的质量比为1:1；
步骤（6）常压干燥：将湿凝胶放到锥形瓶中，并用不锈钢板盖在锥形瓶瓶口，然后将锥形瓶放到烘箱中，分别在60℃，80℃，100℃，120℃，160℃下干燥2h，得到高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶。
经过测试，制备的高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶比表面积为927m2/g；孔容积为3.2g/L；平均孔径为59nm；密度为0.093g/L；由实施例1、和实施例4可知，提高溶剂替换时表面活性剂的浓度，溶剂替换时间缩短，但气凝胶网络结构强度下降，比表面积变小，密度变大。
实施例5
步骤（1）、（2）、（3）、（4）同实施例1；
步骤（5）溶剂替换：将交联后的湿凝胶浸泡到丙基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲基氯化铵和正己烷混合液中，溶剂替换30h完成；其中正己烷为低表面张力溶剂；十二烷基三甲基氯化铵和丙基三乙氧基硅烷为表面活性剂，低表面张力溶剂与表面活性剂质量比为1：0.02；十二烷基三甲基氯化铵与丙基三乙氧基硅烷的质量比为1:1；
步骤（6）常压干燥：将湿凝胶放到锥形瓶中，并用不锈钢板盖在锥形瓶瓶口，然后将锥形瓶放到烘箱中，分别在60℃，80℃，100℃，120℃，160℃下干燥2h，得到高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶。
经过测试，制备的高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶比表面积为726m2/g；孔容积为2.78g/L；平均孔径为54nm；密度为0.117g/L；由实施例1、实施例4和实施例5可知，进一步提高溶剂替换时表面活性剂的浓度，溶剂替换时间更短，但气凝胶网络结构强度下降，比表面积变小，孔容积变小，密度变大。
实施例6
步骤（1）、（2）、（3）、（4）同实施例1；
步骤（5）溶剂替换：将交联后的湿凝胶浸泡到丙基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲基氯化铵和正己烷混合液中，溶剂替换24h完成；其中正己烷为低表面张力溶剂；十二烷基三甲基氯化铵和丙基三乙氧基硅烷为表面活性剂，低表面张力溶剂与表面活性剂质量比为1：0.03；十二烷基三甲基氯化铵与丙基三乙氧基硅烷的质量比为1:1；
步骤（6）常压干燥：将湿凝胶放到锥形瓶中，并用不锈钢板盖在锥形瓶瓶口，然后将锥形瓶放到烘箱中，分别在60℃，80℃，100℃，120℃，160℃下干燥2h，得到高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶。
经过测试，制备的高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶比表面积为648m2/g；孔容积为2.09g/L；平均孔径为54nm；密度为0.124g/L；由实施例1、实施例4、实施例5和实施例6可知，进一步提高溶剂替换时表面活性剂的浓度，溶剂替换时间更短，但气凝胶网络结构强度下降，比表面积变小，孔容积变小，密度变大。
实施例7
步骤（1）水解并预缩合：先将正硅酸乙酯，乙醇，水按照摩尔比为1：20：2混合进行搅拌，并加入草酸溶液调节pH值为2，反应24h；然后向水解液中加入氟化铵和乙酸钠复合溶液，调节水解液pH值为5，反应4h，得到预缩合的水解液；
步骤（2）凝胶：向预缩合水解液中加入乙醇胺溶液，调节混合液pH值为8，放置得到湿凝胶。
步骤（3）凝胶老化：将步骤（2）得到的湿凝胶在室温下放置3h，然后将湿凝胶放置到老化液中，在40℃浸泡老化16h得到老化湿凝胶；
老化液由1，2-双三甲氧基硅基乙烷，聚甲基三乙氧基硅烷、氟化铵和乙醇组成，1，2-双三甲氧基硅基乙烷和聚甲基三乙氧基硅烷为增韧硅源，氟化铵为催化剂，其中增韧硅源与乙醇的摩尔比为1：25，老化液与催化剂质量比为1：0.021；1，2-双三甲氧基硅基乙烷、聚甲基三乙氧基硅烷、乙醇的摩尔比为0.4：0.6：25；
步骤（4）表面改性：将老的湿凝胶放到改性液中，在35℃浸泡改性72h；然后将改性湿凝胶同改性液放到高压反应釜中在150℃，压力为0.8MPa条件下，反应4h让表面基团交联；
其中，改性液由乙烯基三甲氧基硅烷，乙醇和氟化铵组成；乙烯基三甲氧基硅烷为表面改性剂，氟化铵为催化剂，其中表面改性剂与乙醇按照摩尔比为1：20；改性液与催化剂的质量比为1：0.008；
步骤（5）、（6）同实施例1；溶剂替换完成时间为42h；
经过测试，制备的高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶比表面积为1016m2/g；孔容积为3.5g/L；平均孔径为65nm；密度为0.077g/L。由实施例1和实施例7可知，延长改性时间，气凝胶表面改性程度提高，其比表面积变大，密度变小。
实施例8
步骤（1）水解并预缩合：先将正硅酸乙酯，乙醇，水按照摩尔比为1：20：2混合进行搅拌，并加入甲磺酸溶液调节pH值为2，反应24h；然后向水解液中加入氟化铵和乙酸钠复合溶液，调节水解液pH值为5，反应4h，得到预缩合的水解液；
步骤（2）凝胶：向预缩合水解液中加入乙醇胺溶液，调节混合液pH值为8，放置得到湿凝胶。
步骤（3）凝胶老化：将步骤（2）得到的湿凝胶在室温下放置3h，然后将湿凝胶放置到老化液中，在40℃浸泡老化16h得到老化湿凝胶；
老化液由1，2-双三甲氧基硅基乙烷，聚甲基三乙氧基硅烷、四丁基氟化铵和乙醇组成，1，2-双三甲氧基硅基乙烷，聚甲基三乙氧基硅烷为增韧硅源，四丁基氟化铵为催化剂，其中增韧硅源与乙醇的摩尔比为1：25，老化液与催化剂质量比为1：0.021；1，2-双三甲氧基硅基乙烷、聚甲基三乙氧基硅烷、乙醇的摩尔比为0.4：0.6：25；
步骤（4）表面改性：将老的湿凝胶放到改性液中，在75℃浸泡改性24h；然后将改性湿凝胶同改性液放到高压反应釜中在150℃，压力为0.8MPa条件下，反应4h让表面基团交联；
其中，改性液由乙烯基三甲氧基硅烷，乙醇和氟化铵组成；乙烯基三甲氧基硅烷为表面改性剂，氟化铵为催化剂，其中表面改性剂与乙醇按照摩尔比为1：20；改性液与催化剂的质量比为1：0.008；
步骤（5）、（6）同实施例1；溶剂替换完成时间为40h；
经过测试，制备的高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶比表面积为1036m2/g；孔容积为3.8g/L；平均孔径为65nm；密度为0.070g/L。由实施例1和实施例8可知，提高表面改性时的温度，气凝胶表面改性程度提高，其比表面积变大，密度变小。
实施例9
步骤（1）水解并预缩合：先将正硅酸乙酯，乙醇，水按照摩尔比为1：20：2混合进行搅拌，并加入硝酸溶液调节pH值为2，反应24h；然后向水解液中加入氟化铵和乙酸钠复合溶液，调节水解液pH值为5，反应4h，得到预缩合的水解液；
步骤（2）凝胶：向预缩合水解液中加入乙醇胺溶液，调节混合液pH值为8，放置得到湿凝胶。
步骤（3）凝胶老化：将步骤（2）得到的湿凝胶在室温下放置3h，然后将湿凝胶放置到老化液中，在40℃浸泡老化16h得到老化湿凝胶；
老化液由1，2-双三甲氧基硅基乙烷，聚甲基三乙氧基硅烷、碳酸氢钠和乙醇组成，1，2-双三甲氧基硅基乙烷，聚甲基三乙氧基硅烷为增韧硅源，碳酸氢钠为催化剂，其中增韧硅源与乙醇的摩尔比为1：25，老化液与催化剂质量比为1：0.021；1，2-双三甲氧基硅基乙烷、聚甲基三乙氧基硅烷、乙醇的摩尔比为0.4：0.6：25；
步骤（4）表面改性：将老的湿凝胶放到改性液中，在35℃浸泡改性10h；然后将改性湿凝胶同改性液放到高压反应釜中在150℃，压力为0.8MPa条件下，反应4h让表面基团交联；
其中，改性液由乙烯基三甲氧基硅烷，乙醇和氟化铵；乙烯基三甲氧基硅烷为表面改性剂，氟化铵为催化剂，其中表面改性剂与乙醇按照摩尔比为1：20；改性液与催化剂的质量比为1：0.008；
步骤（5）、（6）同实施例1；溶剂替换完成时间为42h；
经过测试，制备的高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶比表面积为883m2/g；孔容积为3.12g/L；平均孔径为71nm；密度为0.092g/L。由实施例1和实施例9可知，缩短改性时间，气凝胶表面改性程度变差，其比表面积变小，密度变大。
实施例10
步骤（1）水解并预缩合：先将正硅酸乙酯，乙醇，水按照摩尔比为1：20：2混合进行搅拌，并加入硝酸溶液调节pH值为2，反应24h；然后向水解液中加入氟化铵和乙酸钠复合溶液，调节水解液pH值为5，反应4h，得到预缩合的水解液；
步骤（2）凝胶：向预缩合水解液中加入乙醇胺溶液，调节混合液pH值为8，放置得到湿凝胶。
步骤（3）凝胶老化：将步骤（2）得到的湿凝胶在室温下放置3h，然后将湿凝胶放置到老化液中，在40℃浸泡老化16h得到老化湿凝胶；
老化液由1，2-双三甲氧基硅基乙烷，聚甲基三乙氧基硅烷、碳酸氢钠和乙醇组成，1，2-双三甲氧基硅基乙烷，聚甲基三乙氧基硅烷为增韧硅源，碳酸氢钠为催化剂，其中增韧硅源与乙醇的摩尔比为1：25，老化液与催化剂质量比为1：0.021；1，2-双三甲氧基硅基乙烷、聚甲基三乙氧基硅烷、乙醇的摩尔比为0.4：0.6：25；
步骤（4）表面改性：将老的湿凝胶放到改性液中，在25℃浸泡改性24h；然后将改性湿凝胶同改性液放到高压反应釜中在150℃，压力为0.8MPa条件下，反应4h让表面基团交联；
其中，改性液由乙烯基三甲氧基硅烷，乙醇和氟化铵；乙烯基三甲氧基硅烷为表面改性剂，氟化铵为催化剂，其中表面改性剂与乙醇按照摩尔比为1：20；改性液与催化剂的质量比为1：0.008；
步骤（5）、（6）同实施例1；溶剂替换完成时间为42h；
经过测试，制备的高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶比表面积为893m2/g；孔容积为3.14g/L；平均孔径为65nm；密度为0.089g/L。由实施例1和实施例10可知，降低表面改性温度，气凝胶表面改性程度变差，其比表面积变小，密度变大。
实施例11
步骤（1）水解并预缩合：先将正硅酸乙酯，乙醇，水按照摩尔比为1：20：2混合进行搅拌，并加入硫酸溶液调节pH值为2，反应24h；然后向水解液中加入氟化铵和乙酸钠复合溶液，调节水解液pH值为5，反应4h，得到预缩合的水解液；
步骤（2）凝胶：向预缩合水解液中加入乙醇胺溶液，调节混合液pH值为8，放置得到湿凝胶。
步骤（3）凝胶老化：将步骤（2）得到的湿凝胶在室温下放置3h，然后将湿凝胶放置到老化液中，在40℃下浸泡老化16h得到老化湿凝胶；
老化液由1，2-双三甲氧基硅基乙烷，聚甲基三乙氧基硅烷、氟化铵和乙醇组成，其中1，2-双三甲氧基硅基乙烷，聚甲基三乙氧基硅烷为增韧硅源，氟化铵为催化剂，增韧硅源与乙醇的摩尔比为1：20，老化液与催化剂质量比为1：0.021；1，2-双三甲氧基硅基乙烷、聚甲基三乙氧基硅烷、乙醇的摩尔比为0.4：0.6：20；
步骤（4）表面改性：将老的湿凝胶放到改性液中，在35℃浸泡改性24h；然后将改性湿凝胶同改性液放到高压反应釜中在150℃，压力为0.8MPa条件下，反应4h，让表面基团交联；
其中，改性液由乙烯基三甲氧基硅烷，乙醇和氟化氨组成；其中乙烯基三甲氧基硅烷为表面改性剂，氟化铵为催化剂，表面改性剂与乙醇按照摩尔比为1：20；改性液与催化剂的质量比为1：0.008；
步骤（5）、（6）同实施例1；溶剂替换完成时间为40h；
经过测试，制备的高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶比表面积为1036m2/g；孔容积为3.7g/L；平均孔径为58nm；密度为0.081g/L。由实施例1和实施例11可知，提高老化阶段老化液中增韧硅源的浓度，从而改善气凝胶网络强度，使其比表面积变大。
实施例12
步骤（1）水解并预缩合：先将正硅酸乙酯，乙醇，水按照摩尔比为1：20：2混合进行搅拌，并加入草酸溶液调节pH值为2，反应24h；然后向水解液中加入氟化铵和乙酸钠复合溶液，调节水解液pH值为5，反应4h，得到预缩合的水解液；
步骤（2）凝胶：向预缩合水解液中加入氢氧化钠溶液，调节混合液pH值为8，放置得到湿凝胶。
步骤（3）凝胶老化：将步骤（2）得到的湿凝胶在室温下放置8h，然后将湿凝胶放置到老化液中，在40℃下浸泡老化16h得到老化湿凝胶；
老化液由1，2-双三甲氧基硅基乙烷，聚甲基三乙氧基硅烷、氟化铵和乙醇组成，其中1，2-双三甲氧基硅基乙烷，聚甲基三乙氧基硅烷为增韧硅源，氟化铵为催化剂，增韧硅源与乙醇的摩尔比为1：25，老化液与催化剂质量比为1：0.021；1，2-双三甲氧基硅基乙烷、聚甲基三乙氧基硅烷、乙醇的摩尔比为0.4：0.6：25；
步骤（4）表面改性：将老的湿凝胶放到改性液中，在35℃浸泡改性24h；然后将改性湿凝胶同改性液放到高压反应釜中在150℃，压力为0.8MPa条件下，反应4h，让表面基团交联；
其中，改性液由乙烯基三甲氧基硅烷，乙醇和氟化铵组成；其中乙烯基三甲氧基硅烷为表面改性剂，氟化铵为催化剂，表面改性剂与乙醇按照摩尔比为1：20；改性液与催化剂的质量比为1：0.008；
步骤（5）、（6）同实施例1；溶剂替换完成时间为40h；
经过测试，制备的高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶比表面积为836m2/g；孔容积为3.1g/L；平均孔径为61nm；密度为0.094g/L。由实施例1和实施例12可知，延长室温放置时间，气凝胶比表面积变小，孔容降低，密度变大。
实施例13
步骤（1）水解并预缩合：先将正硅酸乙酯，乙醇，水按照摩尔比为1：20：2混合进行搅拌，并加入草酸溶液调节pH值为2，反应24h；然后向水解液中加入氟化铵和乙酸钠复合溶液，调节水解液pH值为5，反应4h，得到预缩合的水解液；
步骤（2）凝胶：向预缩合水解液中加入乙醇胺溶液，调节混合液pH值为8，放置得到湿凝胶。
步骤（3）凝胶老化：将步骤（2）得到的湿凝胶在室温下放置1h，然后将湿凝胶放置到老化液中，在40℃下浸泡老化16h得到老化湿凝胶；
老化液由1，2-双三甲氧基硅基乙烷，聚甲基三乙氧基硅烷、氟化铵和乙醇组成，其中1，2-双三甲氧基硅基乙烷和聚甲基三乙氧基硅烷为增韧硅源，氟化铵为催化剂，增韧硅源与乙醇的摩尔比为1：25，老化液与催化剂质量比为1：0.021；1，2-双三甲氧基硅基乙烷、聚甲基三乙氧基硅烷、乙醇的摩尔比为0.4：0.6：25；
步骤（4）表面改性：将老的湿凝胶放到改性液中，在35℃浸泡改性24h；然后将改性湿凝胶同改性液放到高压反应釜中在150℃，压力为0.8MPa条件下，反应4h，让表面基团交联；
其中，改性液由乙烯基三甲氧基硅烷，乙醇和氟化铵组成；其中乙烯基三甲氧基硅烷为表面改性剂，氟化铵为催化剂，表面改性剂与乙醇按照摩尔比为1：20；改性液与催化剂的质量比为1：0.008；
步骤（5）、（6）同实施例1；溶剂替换完成时间为40h；
经过测试，制备的高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶比表面积为926m2/g；孔容积为3.1g/L；平均孔径为63nm；密度为0.091g/L。由实施例1和实施例13可知，缩短室温放置时间，气凝胶比表面积变小，孔容降低，密度变大。
实施例14
步骤（1）水解并预缩合：先将正硅酸乙酯，乙醇，水按照摩尔比为1：20：2混合进行搅拌，并加入草酸溶液调节pH值为2，反应24h；然后向水解液中加入氟化铵和乙酸钠复合溶液，调节水解液pH值为5，反应4h，得到预缩合的水解液；
步骤（2）凝胶：向预缩合水解液中加入乙醇胺溶液，调节混合液pH值为8，放置得到湿凝胶。
步骤（3）凝胶老化：将步骤（2）得到的湿凝胶在室温下放置3h，然后将湿凝胶放置到老化液中，在40℃下浸泡老化36h得到老化湿凝胶；
老化液由1，2-双三甲氧基硅基乙烷，聚甲基三乙氧基硅烷、氟化铵和乙醇组成，其中1，2-双三甲氧基硅基乙烷和聚甲基三乙氧基硅烷为增韧硅源，氟化铵为催化剂，增韧硅源与乙醇的摩尔比为1：25，老化液与催化剂质量比为1：0.021；1，2-双三甲氧基硅基乙烷、聚甲基三乙氧基硅烷、乙醇的摩尔比为0.4：0.6：25；
步骤（4）表面改性：将老的湿凝胶放到改性液中，在35℃浸泡改性24h；然后将改性湿凝胶同改性液放到高压反应釜中在150℃，压力为0.8MPa条件下，反应4h，让表面基团交联；
其中，改性液由乙烯基三甲氧基硅烷，乙醇和氟化铵组成；其中乙烯基三甲氧基硅烷为表面改性剂，氟化铵为催化剂，表面改性剂与乙醇按照摩尔比为1：20；改性液与催化剂的质量比为1：0.008；
步骤（5）、（6）同实施例1；溶剂替换完成时间为40h；
经过测试，制备的高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶比表面积为1021m2/g；孔容积为3.6g/L；平均孔径为60nm；密度为0.082g/L。由实施例1和实施例14可知，延长老化时间，气凝胶比表面积变大，孔容积增大，密度变小。
实施例15
步骤（1）水解并预缩合：先将正硅酸乙酯，乙醇，水按照摩尔比为1：20：2混合进行搅拌，并加入草酸溶液调节pH值为2，反应24h；然后向水解液中加入氟化铵和乙酸钠复合溶液，调节水解液pH值为5，反应4h，得到预缩合的水解液；
步骤（2）凝胶：向预缩合水解液中加入乙醇胺溶液，调节混合液pH值为8，放置得到湿凝胶。
步骤（3）凝胶老化：将步骤（2）得到的湿凝胶在室温下放置3h，然后将湿凝胶放置到老化液中，在40℃下浸泡老化8h得到老化湿凝胶；
老化液由1，2-双三甲氧基硅基乙烷，聚甲基三乙氧基硅烷、氟化铵和乙醇组成，其中1，2-双三甲氧基硅基乙烷和聚甲基三乙氧基硅烷为增韧硅源，氟化铵为催化剂，增韧硅源与乙醇的摩尔比为1：25，老化液与催化剂质量比为1：0.021；1，2-双三甲氧基硅基乙烷、聚甲基三乙氧基硅烷、乙醇的摩尔比为0.4：0.6：25；
步骤（4）表面改性：将老的湿凝胶放到改性液中，在35℃浸泡改性24h；然后将改性湿凝胶同改性液放到高压反应釜中在150℃，压力为0.8MPa条件下，反应4h，让表面基团交联；
其中，改性液由乙烯基三甲氧基硅烷，乙醇和氟化铵组成；其中乙烯基三甲氧基硅烷为表面改性剂，氟化铵为催化剂，表面改性剂与乙醇按照摩尔比为1：20；改性液与催化剂的质量比为1：0.008；
步骤（5）、（6）同实施例1；溶剂替换完成时间为40h；
经过测试，制备的高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶比表面积为936m2/g；孔容积为3.1g/L；平均孔径为55nm；密度为0.090g/L。由实施例1和实施例15可知，缩短老化时间，气凝胶比表面积变小，孔容积降低，密度变大。
实施例16
步骤（1）水解并预缩合：先将正硅酸乙酯，乙醇，水按照摩尔比为1：20：2混合进行搅拌，并加入草酸溶液调节pH值为2，反应24h；然后向水解液中加入氟化铵和乙酸钠复合溶液，调节水解液pH值为5，反应4h，得到预缩合的水解液；
步骤（2）凝胶：向预缩合水解液中加入乙醇胺溶液，调节混合液pH值为8，放置得到湿凝胶。
步骤（3）凝胶老化：将步骤（2）得到的湿凝胶在室温下放置3h，然后将湿凝胶放置到老化液中，在75℃下浸泡老化16h得到老化湿凝胶；
老化液由1，2-双三甲氧基硅基乙烷，聚甲基三乙氧基硅烷、氟化铵和乙醇组成，其中1，2-双三甲氧基硅基乙烷，聚甲基三乙氧基硅烷为增韧硅源，氟化铵为催化剂，增韧硅源与乙醇的摩尔比为1：25，老化液与催化剂质量比为1：0.021；1，2-双三甲氧基硅基乙烷、聚甲基三乙氧基硅烷、乙醇的摩尔比为0.4：0.6：25；
步骤（4）表面改性：将老的湿凝胶放到改性液中，在35℃浸泡改性24h；然后将改性湿凝胶同改性液放到高压反应釜中在150℃，压力为0.8MPa条件下，反应4h，让表面基团交联；
其中，改性液由乙烯基三甲氧基硅烷，乙醇和氟化铵组成；其中，乙烯基三甲氧基硅烷为表面改性剂，氟化铵为催化剂，表面改性剂与乙醇按照摩尔比为1：20；改性液与催化剂的质量比为1：0.008；
步骤（5）、（6）同实施例1；溶剂替换完成时间为43h；
经过测试，制备的高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶比表面积为1027m2/g；孔容积为3.63g/L；平均孔径为53nm；密度为0.072g/L。由实施例1和实施例16可知，提高老化温度，气凝胶交联程度更高，气凝胶的比表面积变大，密度更小。
实施例17
步骤（1）水解并预缩合：先将正硅酸乙酯，乙醇，水按照摩尔比为1：20：2混合进行搅拌，并加入草酸溶液调节pH值为2，反应24h；然后向水解液中加入氟化铵和乙酸钠复合溶液，调节水解液pH值为5，反应4h，得到预缩合的水解液；
步骤（2）凝胶：向预缩合水解液中加入乙醇胺溶液，调节混合液pH值为8，放置得到湿凝胶。
步骤（3）凝胶老化：将步骤（2）得到的湿凝胶在室温下放置3h，然后将湿凝胶放置到老化液中，在40℃下浸泡老化16h得到老化湿凝胶；
老化液由1，2-双三甲氧基硅基乙烷，聚甲基三乙氧基硅烷、氟化铵和乙醇组成，其中1，2-双三甲氧基硅基乙烷，聚甲基三乙氧基硅烷为增韧硅源，氟化铵为催化剂，增韧硅源与乙醇的摩尔比为1：25，老化液与催化剂质量比为1：0.008；1，2-双三甲氧基硅基乙烷、聚甲基三乙氧基硅烷、乙醇的摩尔比为0.4：0.6：25；
步骤（4）表面改性：将老的湿凝胶放到改性液中，在35℃下浸泡改性24h；然后将改性湿凝胶同改性液放到高压反应釜中在150℃，压力为0.8MPa条件下，反应4h，让表面基团交联；
其中，改性液由乙烯基三甲氧基硅烷，乙醇和氟化铵组成；其中乙烯基三甲氧基硅烷为表面改性剂，氟化铵为催化剂，表面改性剂与乙醇按照摩尔比为1：20；改性液与催化剂的质量比为1：0.008；
步骤（5）、（6）同实施例1；溶剂替换完成时间为40h；
经过测试，制备的高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶比表面积为926m2/g；孔容积为3.27g/L；平均孔径为49nm；密度为0.092g/L。由实施例1和实施例17可知，降低老化液中催化剂的量，使得气凝胶网络结构强度下降，造成气凝胶比表面积变小，密度变大。
实施例18
步骤（1）水解并预缩合：先将正硅酸乙酯，乙醇，水按照摩尔比为1：20：2混合进行搅拌，并加入草酸溶液调节pH值为2，反应24h；然后向水解液中加入氟化铵和乙酸钠复合溶液，调节水解液pH值为5，反应2h，得到预缩合的水解液；
步骤（2），（3），（4），（5），（6）同实施例1。
经过测试，制备的高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶比表面积为786m2/g；孔容积为2.07g/L；平均孔径为25nm；密度为0.117g/L。由实施例1和实施例18可知，缩短预缩合时间，最终降低了气凝胶网络结构的交联程度，造成气凝胶比表面积变小，密度变大。
实施例19
步骤（1）水解并预缩合：先将正硅酸乙酯，乙醇，水按照摩尔比为1：20：2混合进行搅拌，并加入草酸溶液调节pH值为2，反应24h；然后向水解液中加入氟化铵和乙酸钠复合溶液，调节水解液pH值为5，反应16h，得到预缩合的水解液；
步骤（2），（3），（4），（5），（6）同实施例1。
经过测试，制备的高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶比表面积为1029m2/g；孔容积为3.37g/L；平均孔径为44nm；密度为0.088g/L。由实施例1和实施例19可知，延长预缩合时间，最终提高了气凝胶网络结构的交联程度，气凝胶比表面积变大，密度下降。
对比例1
步骤（1）水解：先将正硅酸乙酯，乙醇，水按照摩尔比为1：20：2混合进行搅拌，并加入草酸溶液调节pH值为2，反应24h；
步骤2、3、4、5、6同实施例1；溶剂替换完成时间为52h；
经过测试，制备的高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶比表面积为469m2/g；孔容积为1.09g/L；平均孔径为59nm；密度为0.218g/L。由对比例1和实施例1可知，水解液没有进行预缩合，气凝胶网络结构强度变差，最终气凝胶比表面积变小，密度变大。
对比例2
步骤（1）水解并预缩合：先将正硅酸乙酯，乙醇，水按照摩尔比为1：20：2混合进行搅拌，并加入草酸溶液调节pH值为2，反应24h；然后向水解液中加入氟化铵和乙酸钠复合溶液，调节水解液pH值为5，反应4h，得到预缩合的水解液；
步骤（2）凝胶：向预缩合水解液中加入乙醇胺溶液，调节混合液pH值为8，放置得到湿凝胶。
步骤（3）表面改性：将湿凝胶放到溶剂中，在35℃下浸泡改性24h；然后将改性湿凝胶同改性液放到高压反应釜中在150h，压力为0.8MPa条件下，反4h，让表面基团交联；其中，改性液由乙烯基三甲氧基硅烷，乙醇和氟化铵组成；其中乙烯基三甲氧基硅烷为表面改性剂，氟化铵为催化剂，表面改性剂与乙醇按照摩尔比为1：20；改性液与催化剂的质量比为1：0.008；
步骤（4）溶剂替换：将交联后的湿凝胶浸泡到丙基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲基氯化铵和正己烷混合液中至溶剂替换完成；其中正己烷为低表面张力溶剂；十二烷基三甲基氯化铵和丙基三乙氧基硅烷为表面活性剂，低表面张力溶剂与表面活性剂质量比为1：0.006；溶剂替换完成时间为49h。
步骤（5）常压干燥：将湿凝胶放到锥形瓶中，并用不锈钢板盖在锥形瓶瓶口，然后将锥形瓶放到烘箱中，分别在60℃，80℃，100℃，120℃，160℃下干燥2h，得到高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶。
经过测试，制备的高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶比表面积为527m2/g；孔容积为1.34g/L；平均孔径为59nm；密度为0.156g/L。由实施例1和对比例2可知，气凝胶不进行老化处理，直接进行表面改性，得到的气凝胶比表面积变小，密度变大。
对比例3
步骤（1）水解并预缩合：先将正硅酸乙酯，乙醇，水按照摩尔比为1：20：2混合进行搅拌，并加入草酸溶液调节pH值为2，反应24h；然后向水解液中加入氟化铵和乙酸钠复合溶液，调节水解液pH值为5，反应4h，得到预缩合的水解液；
步骤（2）凝胶：向预缩合水解液中加入乙醇胺溶液，调节混合液pH值为8，放置得到湿凝胶。
步骤（3）凝胶老化：将凝胶在室温下放置3h，然后将凝胶放置到老化液中，在40℃下浸泡老化16h得到老化湿凝胶；
老化液由1，2-双三甲氧基硅基乙烷，聚甲基三乙氧基硅烷、氟化铵和乙醇组成，其中1，2-双三甲氧基硅基乙烷，聚甲基三乙氧基硅烷为增韧硅源，氟化铵为催化剂，增韧硅源与乙醇的摩尔比为1：25，老化液与催化剂质量比为1：0.021；1，2-双三甲氧基硅基乙烷、聚甲基三乙氧基硅烷、乙醇的摩尔比为0.4：0.6：25；
步骤（4）表面改性：将老的湿凝胶放到改性液中，在35℃下浸泡改性24h；其中，改性液由乙烯基三甲氧基硅烷，乙醇和氟化铵组成；其中乙烯基三甲氧基硅烷为表面改性剂，氟化铵为催化剂，表面改性剂与乙醇按照摩尔比为1：25；改性液与催化剂的质量比为1：0.008；
步骤（5）溶剂替换：将交联后的湿凝胶浸泡到丙基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲基氯化铵和正己烷混合液中至溶剂替换完成；其中正己烷为低表面张力溶剂；十二烷基三甲基氯化铵和丙基三乙氧基硅烷为表面活性剂，低表面张力溶剂与表面活性剂质量比为1：0.006；溶剂替换完成时间为51h。
步骤（6）常压干燥：将湿凝胶放到锥形瓶中，并用不锈钢板盖在锥形瓶瓶口，然后将锥形瓶放到烘箱中，分别在60℃，80℃，100℃，120℃，160℃下干燥2h，得到高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶。
经过测试，制备的高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶比表面积为517m2/g；孔容积为1.68g/L；平均孔径为47nm；密度为0.198g/L。由实施例1和对比例3可知，表面改性过程不进行高温高压处理，气凝胶表面基团几乎无交联，气凝胶比表面积很小，密度较大。
对比例4
步骤（1）水解并预缩合：先将正硅酸乙酯，乙醇，水按照摩尔比为1：20：2混合进行搅拌，并加入草酸溶液调节pH值为2，反应24h；然后向水解液中加入氟化铵和乙酸钠复合溶液，调节水解液pH值为5，反应4h，得到预缩合的水解液；
步骤（2）凝胶：向预缩合水解液中加入乙醇胺溶液，调节混合液pH值为8，放置得到湿凝胶。
步骤（3）凝胶老化：将凝胶在室温下放置3h，然后将凝胶放置到老化液中，在40℃下浸泡老化16h得到老化湿凝胶；
老化液由1，2-双三甲氧基硅基乙烷，聚甲基三乙氧基硅烷、氟化铵和乙醇组成，其中1，2-双三甲氧基硅基乙烷，聚甲基三乙氧基硅烷为增韧硅源，氟化铵为催化剂，增韧硅源与乙醇的摩尔比为1：25，老化液与催化剂质量比为1：0.021；1，2-双三甲氧基硅基乙烷、聚甲基三乙氧基硅烷、乙醇的摩尔比为0.4：0.6：25；
步骤（4）溶剂替换：将老化后的湿凝胶浸泡到丙基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲基氯化铵和正己烷混合液中至溶剂替换完成；其中正己烷为低表面张力溶剂；十二烷基三甲基氯化铵和丙基三乙氧基硅烷为表面活性剂，低表面张力溶剂与表面活性剂质量比为1：0.006；溶剂替换完成时间为53h。
步骤（5）常压干燥：将湿凝胶放到锥形瓶中，并用不锈钢板盖在锥形瓶瓶口，然后将锥形瓶放到烘箱中，分别在60℃，80℃，100℃，120℃，160℃下干燥2h，得到高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶。
经过测试，制备的高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶比表面积为369m2/g；孔容积为0.96g/L；平均孔径为64nm；密度为0.308g/L。由实施例1和对比例4可知，气凝胶不经过表面改性处理，其表面基团几乎无交联且存在较多羟基，气凝胶比表面积更小，密度更大。
对比例5
步骤（1），（2），（3），（4）同实施例1；
步骤（5）溶剂替换：将交联后的湿凝胶浸泡到正己烷中至溶剂替换完成；溶剂替换完成时间为168h。
步骤（6）常压干燥：将湿凝胶放到锥形瓶中，并用不锈钢板盖在锥形瓶瓶口，然后将锥形瓶放到烘箱中，分别在60℃，80℃，100℃，120℃，160℃下干燥2h，得到高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶。
经过测试，制备的高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶比表面积为586m2/g；孔容积为2.57g/L；平均孔径为58nm；密度为0.129g/L。由实施例1和对比例5可知，溶剂替换过程不加表面活性剂，溶剂替换时间大大延长，同时气凝胶比表面积变小。
对比例6
步骤（1）、（2）、（3）、（4）、（5）同实施例1；
步骤（6）常压干燥：将湿凝胶放到培养皿中，并放到烘箱中，分别在60℃，80℃，100℃，120℃，160℃下干燥2h，得到高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶。
经过测试，制备的高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶比表面积为396m2/g；孔容积为1.06g/L；平均孔径为58nm；密度为0.287g/L。由实施例1和对比例6可知，改变干燥方式，在干燥初期溶剂挥发过快，气凝胶网络结构受到破坏，气凝胶比表面积变小，密度变大。
上仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶的常压干燥制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤（1）水解并预缩合：采用水解-预缩合-缩合工艺制备湿凝胶；将硅源、水和乙醇混合进行搅拌，并加入酸性溶液调节pH值为2，反应24h；然后向水解液中加入弱碱性溶液，调节水解液pH值为5，反应2-16h，得到预缩合水解液；
步骤（2）凝胶：向步骤（1）的预缩合水解液中加入碱性溶液调节混合液pH值为8，放置得到湿凝胶；
步骤（3）凝胶老化：将步骤（2）得到的湿凝胶在室温下放置1-8h，然后将湿凝胶放置到老化液中，温度为40-75℃，浸泡老化8-36h得到老化湿凝胶；所述的老化液包括增韧硅源、催化剂和乙醇；增韧硅源为1，2-双三甲氧基硅基乙烷和聚甲基三乙氧基硅烷的组合；所述催化剂为氟化铵、四丁基氟化铵、氢氟酸或碳酸氢钠中的一种；
步骤（4）表面改性：将步骤（3）中老化湿凝胶加入改性液中，温度为25-75℃，浸泡改性10-72h；然后将改性湿凝胶同改性液放到高压反应釜中在150℃，压力为0.8MPa条件下，反应0.5-24h，让表面基团交联；所述改性液包括表面改性剂、乙醇和催化剂；表面改性剂为乙烯基三甲氧基硅烷；所述催化剂为氟化铵；
步骤（5）溶剂替换：将经步骤（4）交联后的湿凝胶浸泡到表面活性剂和低表面张力溶剂混合液中，直至体系中不再产生下层液为止，溶剂替换完成；所述低表面张力溶剂为正己烷；所述表面活性剂为十二烷基三甲基氯化铵和丙基三乙氧基硅烷，低表面张力溶剂和表面活性剂质量比为1：0.006-0.03；
步骤（6）常压干燥：将步骤（5）处理后的湿凝胶放到锥形瓶中，并用不锈钢板盖在锥形瓶瓶口，然后将锥形瓶放到烘箱中，分别在60℃，80℃，100℃，120℃，160℃下干燥2h，得到高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶。
2.根据权利要求1所述高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶的常压干燥制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，所述弱碱性溶液为氟化铵溶液、乙酸钠溶液中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶的常压干燥制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，所述硅源为正硅酸乙酯，其中硅源、乙醇、水的摩尔比为1：20：2；所述的酸性溶液为盐酸溶液、草酸溶液、硝酸溶液、硫酸溶液、甲酸溶液或甲磺酸溶液中的一种。
4.根据权利要求1所述高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶的常压干燥制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，所述碱性溶液为氨水溶液、氢氧化钠溶液、乙醇胺溶液或聚乙烯多胺溶液的一种。
5.根据权利要求1所述高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶的常压干燥制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中，增韧硅源、乙醇的摩尔比为1：20-25；老化液与催化剂的质量比为1：0.008-0.021。
6.根据权利要求1所述高孔容积、高比表面积、低密度气凝胶的常压干燥制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中，表面改性剂、乙醇的摩尔比为1：20；改性液与催化剂的质量比为1：0.008。
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