CN1724354A - 一种提高二氧化硅气凝胶热稳定性的方法 - Google Patents

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刘明贤
李剑
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Abstract

本发明涉及一种能提高二氧化硅气凝胶的热稳定性的方法。首先，按照硅溶胶∶乙醇∶硝酸＝10～20∶2～15∶1～2体积比量取，拌匀后得到醇凝胶。在50℃下恒温12－24h老化后，用无水乙醇浸泡1－2次，然后用浓度为80％的乙醇浸泡24h，再用体积比为1∶1的正硅酸乙酯和乙醇的混合液浸泡48h，所得凝胶置于70℃恒温干燥72h，即得到硅气凝胶。然后用0.2～1.5mol·L－1的硝酸铁溶液浸泡72h，再用浓度为0.5～2％的稀氨水浸泡24h，然后用乙醇溶液清洗，用无水乙醇浸泡12h，所得样品密封置于70℃恒温箱内干燥72h，即组装得到纳米微粒－气凝胶介孔复合体样品。本发明工艺简单、成本低廉、设备要求和投入低、热稳定性明显提高：经1000℃热处理后的样品的平均孔径24.7～26.5nm，孔体积高达0.927～0.951cm3·g－1，比表面积则高达138.0565～148.0979m2·g－1。

Description

一种提高二氧化硅气凝胶热稳定性的方法
                          技术领域
本发明涉及一种能提高二氧化硅气凝胶的热稳定性的方法。具体是在气凝胶介孔中组装Fe2O3纳米微粒的工艺。用这种方法获得的掺杂Fe2O3纳米微粒的SiO2气凝胶可以克服普通SiO2气凝胶在实际应用中热稳定性差、机械强度不高等缺点。
                          背景技术
二氧化硅气凝胶是由二氧化硅纳米粒子相互聚结，构成多孔状网络结构，并在多孔状网络结构的孔隙中充满空气的一种高分散的固态材料，它在热学，电学，光学，声学等方面具有独特性能，因而有着广泛的应用前景。该气凝胶拥有独特的结构和很多优良的性能，但要进一步利用其特异性能进行实际应用时，必须对其结构进行改善，使之适应应用领域的特殊需要。纯硅气凝胶的机械强度不高，在高温条件下其多孔结构又容易烧结而遭到严重的破坏，而且高温热辐射效应明显加大，使得它的高温热导率大幅度增加，这影响了它在高温热绝缘材料领域的应用。在气凝胶中组装纳米微粒，不仅能提高气凝胶本身的结构强度、耐热和高温热阻等性能，而且还有可能发挥纳米粒子的催化和吸波等性能，因此，探索在二氧化硅气凝胶中组装纳米微粒制备掺杂气凝胶，提高二氧化硅气凝胶的高温耐热性能的研究极具实际意义。
目前有关掺杂气凝胶的制备国内国外已有少量的报道。美国专利(‘Glycerol-doped aerogel coatings as biological capture media’US20030207304)涉及一种多羟基化合物掺杂气凝胶材料，这种气凝胶被应用于生物微粒的诱捕，有利于对生物微粒的分析和鉴定；(‘Aerogel backed ultrasound transducer’US20010014775)涉及一种气凝胶吸声衬垫的制备，在气凝胶吸声衬垫上覆盖或掺杂金属从而使气凝胶具备导电能力；(‘Smart aerogel’US 6,447,991)涉及一种在气凝胶中掺杂具有特定生物亲和力的化合物的方法，这种掺杂了具有特定生物亲和力的气凝胶被应用于探测和鉴定细菌、病毒、毒素等微生物。中国专利申请(‘改性纳米保温材料及其生产工艺’CN97106652.3)涉及一种掺杂改性纳米泡沫硅气凝胶保温隔热材料的组成和生产工艺，此发明是使二氧化硅纳米颗粒交联形成的纤细网络，再在网络之中镶嵌二氧化钛和无机增强剂，但这种方法所得的掺杂硅气凝胶组成极其不均匀，而且还非常容易开裂而破碎；(‘含有纤维的气凝胶复合材料’CN96196880.X)涉及制备含有5-97％(体积)气凝胶颗粒、至少一种粘结剂和至少一种纤维材料的复合材料，这种气凝胶复合材料中纤维材料的分布不均匀，而且引入的粘结剂在加热过程中容易分解，大大抑制其应用范围。所以，至今为止，国内外还没有找到工艺简单、成本低廉而品质较高的提高二氧化硅气凝胶热稳定性的方法。
                          发明内容
本发明的目的在于公开一种工艺简单、成本低廉、设备要求和投入低的能提高二氧化硅气凝胶的热稳定性的方法。用这种方法获得的掺杂纳米微粒的SiO2气凝胶可以克服普通SiO2气凝胶在实际应用中机械强度不高、热稳定性差等缺点，为二氧化硅气凝胶在高温绝热材料方面的实际应用打下基础。
为实现上述目的，本发明在合适孔结构的普通二氧化硅气凝胶介孔中组装纳米Fe2O3微粒，制备纳米微粒-气凝胶介孔复合体，从而提高气凝胶在热学上的热稳定性方法。首先，选择廉价的硅溶胶为主要原料，首先制备块状硅气凝胶，再把适量的块状硅气凝胶用金属硝酸盐的水溶液浸泡，再用稀氨水浸泡，然后用乙醇溶液清洗，除去残余液后用无水乙醇浸泡，除去乙醇，所得样品密封恒温干燥，即组装得到能提高热稳定性的二氧化硅气凝胶(纳米微粒-气凝胶介孔复合体)。
具体工艺如下：
第一步：硅气凝胶的制备
首先，按照二氧化硅溶胶∶乙醇∶硝酸＝10～20∶3～15∶1～2体积比(v/v)量取，其中硝酸为5％重量百分比浓度(w/w)，乙醇为无水乙醇。先在硅溶胶中加入硝酸，在搅拌下，加入无水乙醇，搅拌均匀后，得到混合液为醇凝胶。将醇凝胶转移到密封容器中，在50℃下恒温12-24小时(h)老化后，先用无水乙醇浸泡1-2次，然后用浓度为80％质量百分率(v/v)的乙醇浸泡24h，进行溶剂交换，再用体积比为1∶1(v/v)的正硅酸乙酯和乙醇的混合液浸泡48h，所得凝胶置于70℃恒温干燥72h。，即得到硅气凝胶样品。
第二步：热稳定性高的二氧化硅气凝胶的制备
将第一步的硅气凝胶用0.2～1.5mol·L-1的硝酸铁溶液为浸泡液浸泡72h，再用浓度为0.5～2％质量百分率的稀氨水浸泡24h，然后用浓度为65％的乙醇水溶液清洗，除去样品中残余液，用无水乙醇浸泡12h，除去乙醇，所得样品密封置于70℃恒温箱内干燥72h，即组装得到热稳定性明显提高的二氧化硅气凝胶(纳米微粒-气凝胶介孔复合体)。
本发明具有以下优点：
1.本发明选择了合适孔结构的二氧化硅气凝胶为前驱体，通过硝酸铁溶液浸泡，在二氧化硅气凝胶介孔中组装Fe2O3纳米微粒，制备纳米微粒-气凝胶介孔复合体材料，其操作工艺简单、条件容易控制、设备要求低、成本低廉。
2.本发明克服了在气凝胶前期的溶胶-凝胶过程中镶嵌无机纤维等增强剂制得的掺杂硅气凝胶组成不均一且容易碎裂的缺点，获得的组装纳米微粒的掺杂气凝胶具有较高的强度，而且成块性良好。
3.本发明在硅气凝胶孔洞中原位组装Fe2O3纳米微粒制备掺杂气凝胶过程中，Fe2O3纳米微粒以单层颗粒的形式组装在二氧化硅气凝胶孔洞的内壁上，不需要加入任何添加剂，因此工艺可靠。
4.通过在硅气凝胶中组装Fe2O3纳米微粒制得的掺杂二氧化硅气凝胶，经1000℃热处理后的样品的平均孔径约24.7nm，孔体积高达0.951cm3·g-1，比表面积则高达148.0979m2·g-1；而纯二氧化硅气凝胶经1000℃热处理后的样品的平均孔径约10nm，孔体积仅为0.004cm3·g-1，比表面积也只有1.3713m2·g-1。与纯二氧化硅气凝胶相比，组装Fe2O3纳米微粒后制得的掺杂二氧化硅气凝胶的热稳定性得到了明显的提高。
                          具体实施方式
实施例1
本发明首先以硝酸溶液为催化剂制得典型的二氧化硅气凝胶样品。反应体系的配比为二氧化硅溶胶∶乙醇∶硝酸＝10∶3∶2体积比(v/v)，硅溶胶为市售的，硝酸为5％重量百分比浓度(w/w)，乙醇为无水乙醇。将硅溶胶放在烧杯内，加入硝酸，在磁力搅拌器的不断搅拌下，用移液管将无水乙醇加入，搅拌均匀后，得到混合液为醇凝胶。将所得的醇凝胶转移到密封容器中在50℃下恒温，进行12-24h老化后，先用无水乙醇浸泡1-2次，然后将醇凝胶用80％(v/v)的乙醇浸泡，在50℃下恒温24h，进行溶剂交换，再用正硅酸乙酯和乙醇的混合液(1∶1，v/v)浸泡48h，所得凝胶置于70℃恒温干燥72h，即得到块状二氧化硅气凝胶样品。
接着在块状二氧化硅气凝胶样品中组装Fe2O3纳米微粒。采用0.2mol·L-1的硝酸铁溶液为浸泡液，将块状二氧化硅气凝胶样品放入其中浸泡72h，再用浓度为0.5％质量百分率的稀氨水浸泡24h，最后用乙醇溶液清洗，除去样品中残余液，用无水乙醇浸泡12h，除去乙醇，所得样品密封置于70℃恒温箱内干燥72h，即组装得到热稳定性明显提高的二氧化硅气凝胶(纳米微粒-气凝胶介孔复合体)。该二氧化硅气凝胶经1000℃热处理后的样品的平均孔径约26.5nm，孔体积高达0.927cm3·g-1，比表面积则高达138.0565m2·g-1。
实施例2
反应体系的配比为硅溶胶∶乙醇∶硝酸＝20∶15∶1体积比(v/v)，其余步骤与实施例1相同，制得块状二氧化硅气凝胶样品。采用1.5mol·L-1的硝酸铁溶液为浸泡液，块状二氧化硅气凝胶样品放入其中，浸泡72h，再用浓度为2％质量百分率的稀氨水浸泡24h，然后用乙醇溶液清洗，除去样品中残余液，用无水乙醇浸泡12h，除去乙醇，所得样品密封置于70℃恒温箱内干燥72h，组装得到热稳定性明显提高的二氧化硅气凝胶(纳米微粒-气凝胶介孔复合体样品)。该二氧化硅气凝胶经1000℃热处理后的样品的平均孔径约24.7nm，孔体积高达0.951cm3·g-1，比表面积则高达148.0979m2·g-1。而纯二氧化硅气凝胶经1000℃热处理后的样品的平均孔径约10nm，孔体积仅为0.004cm3·g-1，比表面积也只有1.3713m2·g-1，与纯二氧化硅气凝胶相比，掺杂二氧化硅气凝胶的热稳定性得到了明显的提高。

Claims (1)

1.一种提高二氧化硅气凝胶热稳定性的方法，其特征在于：
第一步：二氧化硅气凝胶的制备
首先，按照二氧化硅溶胶∶乙醇∶硝酸＝10～20∶2～15∶1～2体积比量取，其中硝酸的浓度为5％重量百分率，乙醇为无水乙醇。先在二氧化硅溶胶中加入硝酸，在搅拌下，加入无水乙醇，搅拌均匀后，得到混合液为醇凝胶；将醇凝胶转移到密封容器中，在50℃下恒温12-24h老化后，先用无水乙醇浸泡1-2次，然后用浓度为80％质量百分率的乙醇浸泡24h，进行溶剂交换，再用体积比为1∶1的正硅酸乙酯和乙醇的混合液浸泡48h，所得凝胶置于70℃恒温干燥72h，即得到硅气凝胶样品；
第二步：热稳定性高的二氧化硅气凝胶的制备
将第一步的二氧化硅气凝胶用0.2～1.5mol·L-1的硝酸铁溶液为浸泡液浸泡72h，再用浓度为0.5～2％质量百分率的稀氨水浸泡24h，然后用浓度为65％的乙醇溶液清洗，除去样品中残余液，用无水乙醇浸泡12h，除去乙醇，所得样品密封置于70℃恒温箱内干燥72h，即组装得到热稳定性明显提高的二氧化硅气凝胶；该二氧化硅气凝胶经1000℃热处理后的样品的平均孔径24.7～26.5nm，孔体积高达0.927～0.951cm3·g-1，比表面积则高达138.0565～148.0979m2·g-1。
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Cited By (5)

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CN101444737B (zh) * 2008-12-22 2011-07-20 长沙星纳气凝胶有限公司 一种乙醇水蒸气重整制氢镍基催化剂及其制备方法
CN103043673A (zh) * 2013-01-15 2013-04-17 赵峰 一种二氧化硅气凝胶的制备方法
WO2014110891A1 (zh) * 2013-01-15 2014-07-24 Zhao Feng 一种二氧化硅气凝胶的制备方法
CN103043673B (zh) * 2013-01-15 2015-11-25 北京博天子睿科技有限公司 一种二氧化硅气凝胶的制备方法
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CN105692631B (zh) * 2016-04-29 2019-03-22 广东工业大学 一种二氧化硅气凝胶的常压制备方法
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