CN111498857B - 二氧化硅气凝胶之制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种二氧化硅气凝胶之制备方法，主要是针对制备二氧化硅气凝胶中的溶剂置换过程，将加入溶剂的作业实行“连续循环过滤方式”进行，使湿凝胶在相对短时间内即经过大量的醇类溶剂与有机溶剂连续循环置换(换洗)，因此可以大幅加速(减缩)湿凝胶溶剂置换作业的时间，同时，通出反应容器的醇类溶剂或有机溶剂会经过过滤程序，以分离湿凝胶与水分或醇类溶剂，然后醇类溶剂与有机溶剂再进入该反应容器中进行溶剂置换，如此快速连续循环过滤进行，可大幅提升湿凝胶溶剂置换的效果。

Description

二氧化硅气凝胶之制备方法
【技术领域】
本发明是关于一种二氧化硅气凝胶之制备方法，尤指一种针对制备二氧化硅气凝胶中的溶剂置换过程，将加入溶剂的作业实行“连续循环过滤方式”进行的二氧化硅气凝胶之制备方法。
【背景技术】
气凝胶(aerogels)通常是指以纳米量级超威颗粒相互聚集构成纳米多孔网络结构，并在网络孔隙中充满气态分散介质的轻质纳米固态材料。不同气凝胶的制备方法也不相同，但是其制备历程大同小异，一般是采用溶胶-凝胶法制备湿凝胶(wet gel)，湿凝胶再经溶剂置换和超临界干燥得到相应的气凝胶。气凝胶的特性在于：(a)孔隙率很高；可高达99.8％(b)纳米级别孔洞(2～50nm)和三维纳米骨架颗粒(2～5nm)；(c)高比表面积，可高达1000m2/g；(d)低密度，可低至0.003g/cm3；(e)热导率极低，常温下可以低至0.013W/(mK)，比空气的导热是数还低；(f)强度低，脆性大，由于其比表面积和孔隙率很高，密度很低，导致其强度很低。气凝胶在现代高科技工业范围内是一种超级绝热材料，在很多产业上都被运用到。美国史丹福大学的S.S.Kistler首先利用水玻璃通过溶胶-凝胶方法及超临界干燥技术制得二氧化硅气凝胶(SiO2 aerogels)，亦可称为“硅气凝胶”。
习知二氧化硅气凝胶之制备方法在各国已有多件专利存在，例如：US10377637B2「Aerogel and manufacturing method thereof」、CN103818912B「一种常压制备低密度大比表面积二氧化硅气凝胶的方法」、CN104030301B「一种二氧化硅气凝胶材料及其制备方法」、CN105776234A「一种偏铝酸钠改性树脂纯化水玻璃气凝胶的超临界干燥方法」、CN106745000A「一种水玻璃基二氧化硅气凝胶之制备方法」、CN106865558A「常压制备二氧化硅气凝胶的方法及制得的二氧化硅气凝胶」、CN109133070A「一种以水玻璃为原料超快速常压制备疏水二氧化硅气凝胶的方法」、CN104071797B「一种以水玻璃常压室温制备低密度大比表面积二氧化硅气凝胶涂层的方法」、I561561「气凝胶颗粒及其制备方法」、I516447「气凝胶及其制造方法」、I588209「改良的疏水性气凝胶材料」皆是。
上述前案中，各自有不同的气凝胶制备方法，但皆必须经过「置换」及「改质」二道步骤，且可能是「置换」先行进行，也可能是「改质」先行进行，甚或可能是「置换」与「改质」合并进行。上述前案中，其中，US10377637B2将凝胶由「正己烷+异丙醇+六甲基二硅氧烷」进行55℃、1～12hr的「溶剂置换+改质」作业；CN103818912B将凝胶由「乙醇(或异丙醇、丙酮)」进行50℃、8hr的水浴置换作业3次，然后再经「正己烷」50℃、8hr的水浴改质作业2次；CN104030301B将凝胶由「乙醇(或丙醇)+硫酸」进行40℃、3hr的溶剂置换作业，然后再经「正己烷+六甲基二硅氮烷」6hr的溶剂改质作业；CN105776234A将凝胶由「乙醇」进行50～70℃、8～24hr的溶剂置换作业，然后再经45℃、7～9hr的改质作业；CN106745000A将凝胶由「pH6.5乙醇(或丙醇)」进行45℃、2～4hr水浴加热的溶剂置换作业，然后再经「正己烷+三甲基氯硅烷(10～60mL)」50～70℃、12hr的改质作业；CN106865558A将凝胶由「正己烷+硅氮烷」进行1～6hr的改质作业，然后再经「硫酸或盐酸」进行60℃搅拌6hr的水浴置换作业；CN109133070A将凝胶碾碎，经由「去离子水(1～2hr)、乙醇(0.5～1hr)、改质剂(静置0.5～1hr后取上层)及正己烷(20～40min)」依序进行40℃的「溶剂置换+改质」作业；CN104071797B将凝胶在密闭容器中以「乙醇」在45℃水浴条件下进行溶剂置换8hr，然后由「正己烷+三甲基氯硅烷20mL/次」在45℃水浴条件下进行改质作业，每次反应2hr，要经3～4次；I561561以「乙醇、水的混合液」清洗气凝胶颗粒，再以高温真空干燥气凝胶颗粒，接着进行一疏水性改质作业，即使该混合溶液升温，使前述有机溶剂汽化，并加入一氯酰化有机分子，使该氯酰化有机分子与前述气凝胶颗粒的羟基相互反应，以使该气凝胶颗粒产生疏水性，并由该疏水性分散溶媒避免前述气凝胶颗粒破碎；I516447是以「乙醇+正己烷」对凝胶进行50℃、24hr的溶剂置换作业，然后再以「正己烷+三甲基氯硅烷」在50℃、24hr条件下对凝胶进行改质作业。
习知二氧化硅气凝胶之制备方法中，皆会经过「置换」及「改质」二道作业，可能是「置换」步骤先进行，「改质」步骤在后；也可能是「改质」步骤先进行，「置换」步骤在后；也有可能是「置换」与「改质」二作业合并进行。经过详细了解，发觉任何习知二氧化硅气凝胶之制备方法中，不论「置换」或「改质」或「置换+改质」，都是实行“容器浸置”方法进行，即准备一适当容积的反应容器，亦可称为作用容器，该反应容器可采密闭式或不完全密闭式，视有机溶剂性质而定，然后将湿凝胶置放于该反应容器内，再注入选定的适当溶剂，以进行预期的「置换」及「改质」作业，这其中，「置换」作业尤为重要，因为「置换」时间较长，并且会使用到大量的溶剂(故亦称为「溶剂置换」作业)，故针对「置换」作业，若能减缩其作业时间，进而提升其置换效果，则有助于二氧化硅气凝胶的制备。
【发明内容】
本发明的目的即在于：1、提供一种可以大幅加速(减缩)湿凝胶溶剂置换作业时间的二氧化硅气凝胶之制备方法。2、提供一种得以大幅提升置换效果的二氧化硅气凝胶之制备方法。3、提供一种方便回收再利用，以达节省费用及环保节能功效的二氧化硅气凝胶之制备方法。
为达成上述目的，本发明特别设计一种二氧化硅气凝胶之制备方法，是经过如下步骤：
(1).将无机硅源与纯水在容器中混合形成溶液；
(2).将上述溶液经过阳离子交换树脂进行水解，得到硅酸溶液；
(3).将碱性催化剂添加入上述硅酸溶液内以得到湿凝胶；
(4).将上述湿凝胶搅碎；
(5).将搅碎后的湿凝胶加入醇类溶剂老化1～12hr；
(6).将经过老化后的湿凝胶进行溶剂置换，区分为二段作业，第一段是将经过老化后的湿凝胶置于一反应容器中加入醇类溶剂，由醇类溶剂将湿凝胶孔隙中的水分置换出；第二段则是经过醇类溶剂置换后，于湿凝胶之反应容器中加入有机溶剂以置换湿凝胶孔隙中的醇类溶剂；
(7).将经过溶剂置换后的湿凝胶进行表面改质，其是在完成溶剂置换后的湿凝胶与有机溶剂的反应容器内，加入硅氧烷改质剂与有机溶剂的混合溶液，以改质湿凝胶，由原先的亲水性改质为疏水性；
(8).将改质后得到的疏水性湿凝胶采常压干燥法进行干燥，是以阶梯式升温方式，以制备出二氧化硅气凝胶；
其特征在于：步骤6的溶剂置换过程中，将加入醇类溶剂及有机溶剂的作业实行“连续循环过滤方式”进行，其是在一内置湿凝胶的反应容器上方有一进液管路的进液口通入该反应容器，该反应容器底部经由一出液口连设一出液管路，该出液口处设有一过滤装置，该出液管路通至一溶液储存槽，该溶液储存槽与该进液管路间设有一动力源，该动力源具有抽吸该出液管路及推送该进液管路的作用，于第一段中，该溶液储存槽内存有适当容量的醇类溶剂，且于第二段中，该溶液储存槽内存有适当容量之有机溶剂，经由该动力源的作用，使该醇类溶剂及该有机溶剂在该反应容器、出液管路、溶液储存槽、动力源及进液管路内形成一循环，藉以于第一段中，藉由醇类溶剂将湿凝胶孔隙中的水分置换出，及藉以于第二段中，藉由有机溶剂将湿凝胶孔隙中的醇类溶剂置换出。
上述的二氧化硅气凝胶之制备方法中，步骤(1)中以固形量40～50质量％的硅酸钠(俗称水玻璃)为无机硅源，纯水稀释该硅酸钠模数为2.53～3.33，固形量为8～20wt％。
上述的二氧化硅气凝胶之制备方法中，步骤(2)中得到酸碱值pH:2～3的硅酸溶液。
上述的二氧化硅气凝胶之制备方法中，步骤(3)中的碱性催化剂可为氢氧化铵(NH4OH)或氢氧化钠(NaOH)，且硅酸溶液加入1M该碱性催化剂直至硅酸酸碱值pH:4～8，以得到湿凝胶。
上述的二氧化硅气凝胶之制备方法中，步骤(4)中优选以搅碎机采300～1000rpm的速度进行湿凝胶搅碎。
上述的二氧化硅气凝胶之制备方法中，步骤(5)中的醇类溶剂为乙醇或异丙醇或甲醇，加入醇类溶剂与硅酸溶液的体积比为1:1，使搅碎后的湿凝胶在温度25～80℃下老化1～12hr。
上述的二氧化硅气凝胶之制备方法中，步骤(6)中醇类溶剂为乙醇、异丙醇或甲醇，该湿凝胶之反应容器加入醇类溶剂后在25～80℃下以300～1000rpm速度搅拌1～12hr，以醇类溶剂置换水分的作业重复多次，直至该溶液储存槽内醇类溶剂浓度降至一设定值(例如设定值为5％，但该设定值是可调整，并不受限)为止；有机溶剂为正己烷、丙酮或环己烷，该有机溶剂与硅酸溶液体积比为1:1，该湿凝胶之反应容器加入有机溶剂后在25～80℃下以300～1000rpm速度搅拌1～12hr，以有机溶剂置换醇类溶剂的作业重复多次，直至该溶液储存槽内有机溶剂浓度降至一设定值(例如设定值为5％，但该设定值是可调整，并不受限)为止。
上述的二氧化硅气凝胶之制备方法中，步骤(7)加入硅氧烷改质剂与有机溶剂的混合溶液，在25～80℃下以300～1000rpm速度搅拌1～16hr，该硅氧烷改质剂为六甲基二硅氮烷、甲基三甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷，硅氧烷改质剂与硅酸摩尔比为1:0.35～1.67。
上述的二氧化硅气凝胶之制备方法中，步骤(8)中阶梯式升温方式以60℃，150℃及230℃各干燥1hr。
上述的二氧化硅气凝胶之制备方法中，该溶液储存槽由一外在的检测仪器通入该溶液储存槽的醇类溶剂及有机溶剂内进行浓度检测。
上述的二氧化硅气凝胶之制备方法中，步骤(2)中优选得到酸碱值pH：2.4～2.6的硅酸溶液。
本发明采溶剂快速循环进出反应容器，并使溶剂通出时经过过滤程序所连贯构成的“连续循环过滤方式”，优点在于：
(1).使湿凝胶在相对短时间内即经过大量的醇类溶剂与有机溶剂分别连续循环置换(换洗)，因此可以大幅加速(减缩)湿凝胶溶剂置换作业的时间。
(2).通出该湿凝胶反应容器的醇类溶剂与有机溶剂皆经过过滤程序，用以分离湿凝胶与溶液，避免湿凝胶进入出液管路，然后溶液再被推送进入反应容器内对湿凝胶进行溶剂置换，如此连续循环过滤进行，得以大幅提升置换效果。
【附图说明】
图1所示是本发明制备二氧化硅气凝胶的步骤流程图。
图2所示是本发明的制备方法中溶剂置换作业的步骤流程图。
图3所示是本发明的制备方法中溶剂置换作业的结构示意图。
图中标号说明如下：
反应容器10 进液管路20 进液口21
出液管路30 出液口31 过滤网32
溶液储存槽40 动力源50 检测仪器60
【具体实施方式】
本发明是要求一种二氧化硅气凝胶之制备方法，请参阅图1所示，本发明的制备方法主要是经过如下步骤：
(1).将无机硅源与纯水在容器中混合形成溶液，其是以固形量40～50质量％的硅酸钠(俗称水玻璃)为无机硅源，纯水稀释该硅酸钠(俗称水玻璃)模数为2.53～3.33，固形量为重量百分比8～20(8～20wt％)。
(2).将上述溶液经过阳离子交换树脂进行水解，得到酸碱值pH:2～3的硅酸溶液，尤以酸碱值pH:2.4～2.6为佳。
(3).将碱性催化剂添加入上述硅酸溶液内以得到湿凝胶，该碱性催化剂可为氢氧化铵(NH4OH)或氢氧化钠(NaOH)，优选为硅酸溶液加入1M碱性催化剂直至硅酸酸碱值pH:4～8，以得到湿凝胶。
(4).将上述湿凝胶搅碎，优选以搅碎机采300～1000rpm的速度进行搅碎为佳；
(5).将搅碎后的湿凝胶加入醇类溶剂，该醇类溶剂为乙醇、异丙醇或甲醇，加入醇类溶剂与硅酸溶液的体积比为1:1，使搅碎后的湿凝胶在温度25～80℃下老化1～12hr。
(6).将经过老化后的湿凝胶进行溶剂置换，其更区分为二段作业，请配合参阅图2所示，第一段是将经过老化后的湿凝胶置于一反应容器中加入醇类溶剂，由醇类溶剂将湿凝胶孔隙中的水分置换出，该醇类溶剂为乙醇、异丙醇或甲醇，该湿凝胶之反应容器加入醇类溶剂后更可在25～80℃下以300～1000rpm速度搅拌1～12hr，使置换效果提升，以醇类溶剂置换水分的作业可重复多次，直至醇类溶剂浓度降至一设定值(例如设定值为5％，但该设定值是可调整，并不受限)为止；第二段则是经过醇类溶剂置换后，更可于该湿凝胶之反应容器中加入有机溶剂以置换湿凝胶孔隙中的醇类溶剂，该有机溶剂为正己烷、丙酮或环己烷，该有机溶剂与硅酸溶液体积比为1:1，该湿凝胶之反应容器加入有机溶剂后更可在25～80℃下以300～1000rpm速度搅拌1～12hr，使置换效果提升，以有机溶剂置换醇类溶剂的作业可重复多次，直至有机溶剂浓度降至一设定值(例如设定值为5％，但该设定值是可调整，并不受限)为止。
(7).将经过溶剂置换后的湿凝胶进行表面改质，其是在完成溶剂置换后的湿凝胶与有机溶剂的反应容器内，加入硅氧烷改质剂与有机溶剂的混合溶液，在25～80℃下以300～1000rpm速度搅拌1～16hr，使湿凝胶改质，由原先的亲水性改质为疏水性，该硅氧烷改质剂可为六甲基二硅氮烷、甲基三甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷，硅氧烷改质剂与硅酸摩尔比为1:0.35～1.67，当完成改质后即可将湿凝胶与溶液分离，该溶液可被回收另行处里。
(8).将改质后得到的疏水性湿凝胶采常压干燥法进行干燥，其是以阶梯式升温方式，以60℃，150℃及230℃各干燥1hr，如此制备出低热导率及高疏水性的二氧化硅气凝胶。
以上是本发明完成二氧化硅气凝胶之制备方法简述，其中，步骤6(溶剂置换)的过程是为制备二氧化硅气凝胶的最重要步骤，因此本发明即针对步骤6(溶剂置换)进行改良，以加速(减缩)溶剂置换的作业时间并提升溶剂置换的效果。
请配合参阅图3所示，本发明在步骤6(溶剂置换)的过程中，将传统加入溶剂浸置(不论第一段的醇类溶剂或第二段的有机溶剂)的作业改采“连续循环过滤方式”进行，举例可在一内置湿凝胶的反应容器10上方有一进液管路20的进液口21通入该反应容器10，该反应容器10底部经由一出液口31连设一出液管路30，该出液口31处设有一过滤装置，主要用以分离湿凝胶与溶剂，避免湿凝胶通过该出液口31进入该出液管路30内，因此最简单就是设置一过滤网32，该出液管路30通至一溶液储存槽40，然后该溶液储存槽40与该进液管路20间设有一动力源50(例如：马达运作的加压器)，因此当该反应容器10内置放入湿凝胶(wet gel)，并加入溶剂(不论第一段的醇类溶剂或第二段的有机溶剂)时，经由该动力源50所产生抽吸该出液管路30、溶液储存槽40及推送该进液管路20的作用，可使溶剂在该反应容器10、出液管路30、溶液储存槽40、动力源50及进液管路20内形成一循环，溶液(不论第一段的醇类溶剂或第二段的有机溶剂)通出该出液管路30前会先经该过滤网32过滤，确保湿凝胶停留于该反应容器10内，以分离湿凝胶与水分或醇类溶剂，然后溶液进入该溶液储存槽40内，再被抽吸通过该动力源50及进液管路20后进入该反应容器10内，如此重复快速循环，使湿凝胶在短时间内被大量溶剂换洗过，以加速分离并去除水分(即加速带出水分，对第一段而言)或分离并去除醇类溶剂(即加速带出醇类溶剂，对第二段而言)，如此使溶液快速循环进出该反应容器10并经过过滤的方式即为“连续循环过滤方式”。
前面述及“---该反应容器10内置放入湿凝胶(wet gel)，并加入溶剂---”的操作，意思是说“对该反应容器10注入溶剂”，其操作有很多种可能，最简单如图3所表达，在高处设有多数溶液槽，其内分别储存所需的溶剂，例如：醇类溶剂或有机溶剂，且不同溶剂存放于不同溶液槽，因此当需要什么溶剂，就自储存所需溶剂的溶液槽拉动送液管对准该反应容器10，再开启送液开关使得所需溶剂注入该反应容器10内，以达成“对该反应容器10内注入溶剂”的操作。但因“对该反应容器10内注入溶剂”的操作为本发明的前端作业，且非属本发明范畴，故不多赘述。
该溶液储存槽40并可由一外在的检测仪器60通入该溶液储存槽40的溶液内进行浓度检测，主要是在进行第一段醇类溶剂置换作业时，由该检测仪器60检测该溶液储存槽40内醇类溶剂的浓度，当检测到该溶液储存槽40内醇类溶剂的浓度降至一设定值(例如设定值为5％，但该设定值是可调整，并不受限)时，即停止作业并将醇类溶剂移除，而移除的醇类溶剂可经后处理(分离水分与醇类溶剂)以回收再利用，以有机溶剂注入反应容器10，再重行启动连续循环过滤作业，进行第二段有机溶剂置换作业时，该检测仪器60则检测该溶液储存槽40内有机溶剂的浓度，当检测到该溶液储存槽40内有机溶剂的浓度降至一设定值(例如设定值为5％，但该设定值是可调整，并不受限)时，即停止作业并将有机溶剂移除，同样地，该移除的有机溶剂可经后处理(分离醇类溶剂与有机溶剂)以回收再利用。
至于要将溶液排出(以便回收后处理)的操作同样有很多种可能，最简单如图3所表达，于该溶液储存槽40底部设有一排液管，将一回收容器放于该排液管口下方，或者直接连接一排液管到一回收桶处，然后开启排液开关，使得该反应容器10内的溶液排出至回收容器或回收桶内即可。但因溶液后处里及回收再利用的作业已非属本发明范畴，故不多赘述。
本发明针对二氧化硅气凝胶制备过程中的步骤6(溶剂置换)实行“连续循环过滤方式”进行，业经多方实验性试作，证实效果颇佳。本发明在进行二氧化硅气凝胶制备时，针对步骤6实行“连续循环过滤方式”进行，并且变换不同作业条件最终的二氧化硅气凝胶特性显现为(a)比表面积：达649.29～727.79m2/g；(b)孔体积：0.97～2.63cm3/g间；(c)孔洞大小：5.80～14.80nm间；(d)疏水角度：138～140°间；(e)密度：0.1150～0.1749g/cm3间；(f)孔隙率：92.1～94.8％间；(g)热传是数：0.0299～0.0432W/mK间；(h)制程时间是在17～23hr间，证实最终的二氧化硅气凝胶特性良好。

Claims (11)

1.一种二氧化硅气凝胶之制备方法，是经过如下步骤：
(1).将无机硅源与纯水在容器中混合形成溶液；
(2).将上述溶液经过阳离子交换树脂进行水解，得到硅酸溶液；
(3).将碱性催化剂添加入上述硅酸溶液内以得到湿凝胶；
(4).将上述湿凝胶搅碎；
(5).将搅碎后的湿凝胶加入醇类溶剂老化1～12hr；
(6).将经过老化后的湿凝胶进行溶剂置换，区分为二段作业，第一段是将经过老化后的湿凝胶置于一反应容器中加入醇类溶剂，由醇类溶剂将湿凝胶孔隙中的水分置换出；第二段则是经过醇类溶剂置换后，于湿凝胶的反应容器中加入有机溶剂以置换湿凝胶孔隙中的醇类溶剂；
(7).将经过溶剂置换后的湿凝胶进行表面改质，是在完成溶剂置换后的湿凝胶与有机溶剂的反应容器内，加入硅氧烷改质剂与有机溶剂的混合溶液，以改质湿凝胶，由原先的亲水性改质为疏水性；
(8).将改质后得到的疏水性湿凝胶采常压干燥法进行干燥，是以阶梯式升温方式，以制备出二氧化硅气凝胶；
其特征在于：步骤(6)的溶剂置换过程中，将加入醇类溶剂及有机溶剂的作业实行“连续循环过滤方式”进行，其是在一内置经过老化后之湿凝胶的反应容器上方有一进液管路的进液口通入该反应容器，该反应容器底部经由一出液口连设一出液管路，该出液口处设有一过滤装置，该出液管路通至一溶液储存槽，该溶液储存槽与该进液管路间设有一动力源，该动力源具有抽吸该出液管路及推送该进液管路的作用，于第一段中，该溶液储存槽内存有适当容量的醇类溶剂，且于第二段中，该溶液储存槽内存有适当容量之有机溶剂，经由该动力源的作用，使该醇类溶剂及该有机溶剂在该反应容器、出液管路、溶液储存槽、动力源及进液管路内形成一循环，藉以于第一段中，藉由醇类溶剂将湿凝胶孔隙中的水分置换出，及藉以于第二段中，藉由有机溶剂将湿凝胶孔隙中的醇类溶剂置换出。
2.根据权利要求1所述的二氧化硅气凝胶之制备方法，其特征在于：步骤(1)中以固形量40～50质量％的硅酸钠(俗称水玻璃)为无机硅源，纯水稀释该硅酸钠模数为2.53～3.33，固形量为8～20wt％。
3.根据权利要求1所述的二氧化硅气凝胶之制备方法，其特征在于：步骤(2)中得到酸碱值pH:2～3的硅酸溶液。
4.根据权利要求1所述的二氧化硅气凝胶之制备方法，其特征在于：步骤(3)中的碱性催化剂为氢氧化铵(NH4OH)或氢氧化钠(NaOH)，且硅酸溶液加入1M该碱性催化剂直至硅酸酸碱值pH:4～8，以得到湿凝胶。
5.根据权利要求1所述的二氧化硅气凝胶之制备方法，其特征在于：步骤(4)中以搅碎机采300～1000rpm的速度进行搅碎。
6.根据权利要求1所述的二氧化硅气凝胶之制备方法，其特征在于：步骤(5)中的醇类溶剂为乙醇或异丙醇或甲醇，且加入醇类溶剂与硅酸溶液的体积比为1:1，使搅碎后的湿凝胶在温度25～80℃下老化1～12hr。
7.根据权利要求1所述的二氧化硅气凝胶之制备方法，其特征在于：步骤(6)中醇类溶剂为乙醇、异丙醇或甲醇，该湿凝胶的反应容器加入醇类溶剂后在25～80℃下以300～1000rpm速度搅拌1～12hr，以醇类溶剂置换水分的作业重复多次，直至该溶液储存槽内醇类溶剂浓度降至一设定值为止；且有机溶剂为正己烷、丙酮或环己烷，该有机溶剂与硅酸溶液体积比为1:1，该湿凝胶的反应容器加入有机溶剂后在25～80℃下以300～1000rpm速度搅拌1～12hr，有机溶剂置换醇类溶剂的作业重复多次，直至该溶液储存槽内有机溶剂浓度降至一设定值为止。
8.根据权利要求1所述的二氧化硅气凝胶之制备方法，其特征在于：步骤(7)加入硅氧烷改质剂与有机溶剂的混合溶液，在25～80℃下以300～1000rpm速度搅拌1～16hr，该硅氧烷改质剂为六甲基二硅氮烷、甲基三甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷，硅氧烷改质剂与硅酸摩尔比为1:0.35～1.67。
9.根据权利要求1所述的二氧化硅气凝胶之制备方法，其特征在于：步骤(8)中阶梯式升温方式以60℃，150℃及230℃各干燥1hr。
10.根据权利要求1或7所述的二氧化硅气凝胶之制备方法，其特征在于：该溶液储存槽由一外在的检测仪器通入该溶液储存槽的醇类溶剂及有机溶剂内进行浓度检测。
11.根据权利要求3所述的二氧化硅气凝胶之制备方法，其特征在于：步骤(2)中优选得到酸碱值pH：2.4～2.6的硅酸溶液。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN86203029U (zh) * 1986-05-24 1987-02-11 长海电镀厂 多效旁路式过滤机
JP2003020219A (ja) * 2001-07-09 2003-01-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 乾燥ゲルの製造方法とこの方法を用いて作られた断熱材
CN101164881B (zh) * 2007-10-11 2010-09-01 北京科技大学 一种低成本制备SiO2气凝胶微球的方法
CN100554151C (zh) * 2007-11-16 2009-10-28 北京科技大学 一种快速制备SiO2气凝胶微球的方法
CN101538046A (zh) * 2009-03-10 2009-09-23 大连工业大学 利用粉煤灰同时制备SiO2气凝胶和沸石的方法
CN102557052A (zh) * 2012-03-05 2012-07-11 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种快速制备低密度氧化硅气凝胶的方法
WO2017075554A1 (en) * 2015-10-29 2017-05-04 Golfetto Michael Methods freeze drying and composite materials
CN107857273B (zh) * 2017-12-01 2020-01-31 武汉理工大学 一种疏水性二氧化硅气凝胶制备过程中自动置换溶剂的装置
CN108017062B (zh) * 2017-12-08 2020-12-25 陆春辉 疏水二氧化硅气凝胶及其制备方法
CN208642365U (zh) * 2018-08-06 2019-03-26 洛阳欧科拜克生物技术股份有限公司 一种混合液体自动搅拌过滤装置
CN109574622A (zh) * 2019-01-15 2019-04-05 冷水江三A新材料科技有限公司 一种耐高温二氧化硅气凝胶保温毡的制备方法

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