[发明专利]一种氧化锆块体气凝胶的制备方法

权利要求书

1.一种ZrO₂块体气凝胶的制备方法，其特征是步骤如下：

1）前驱体溶液配制：于10-35℃的温度下，将锆无机盐溶解于醇溶剂和水混合溶液中，搅拌使固体完全溶解，前驱体浓度为0.2~1mol/L，醇水混合溶液中水与醇的体积比为1：1~8；

2）阴离子交换：在前驱体溶液中加入阴离子交换树脂，搅拌30~180min，静置2~24h，然后滤出树脂，得到离子交换后的前驱体溶液；阴离子树脂与步骤1）中所得前驱体溶液体积比为1:1~10；

3）前驱体溶液改性：在步骤2）所得前驱体溶液中滴加螯合剂，搅拌5~30min混合均匀；然后滴加分散剂，搅拌5~30min；再滴加干燥控制剂，搅拌5~30min使其充分混合均匀；最后滴加环氧化物，搅拌5~40min，得ZrO₂溶胶；原料摩尔比为锆无机盐：螯合剂：分散剂：干燥控制剂：环氧化物的=1:0.5~5:0.1~1:0.1~1:2~6；

4）将步骤3）中制得的ZrO₂溶胶，倒入模具中，待其凝胶，自倒入模具6~24h后脱模；

5）对ZrO₂块体凝胶进行表面改性：将步骤4）中所得ZrO₂凝胶块体置于烧杯中，加入表面改性剂的乙醇溶液老化24~96h；表面改性剂浓度为10~80vol%，老化温度制度为20~75℃，得到改性后ZrO₂块体凝胶；

6）溶剂置换：将步骤5）所得改性ZrO₂块体凝胶用低临界点溶剂浸泡2~5次，每次12~24h，以置换出凝胶网络结构中多余的表面改性剂和残留水；

7）干燥：将步骤6）中所得ZrO₂凝胶采用高温超临界流体干燥技术进行干燥，即得ZrO₂气凝胶；超临界前用N₂吹扫5~30min，预充N₂2~5MPa，超临界升温速率为0.5~3℃/min，保温时间为20~90min，超临界温度为234~270℃，超临界压力为4.8~9MPa泄压速率为0.01~0.1MPa/min，泄压结束后用N₂吹扫釜体10~40min。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是步骤1）中所述的锆无机盐为硝酸氧锆、硝酸锆或氧氯化锆。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是所述的醇溶剂为异丙醇、乙醇或正丁醇。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是所述的螯合剂为乙酸、草酸或柠檬酸。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是所述的分散剂为聚乙二醇600。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是所述的干燥剂为甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺或丙三醇。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是所述的环氧化物为环氧丙烷或环氧氯丙烷。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是所述的表面改性溶液为浓度为10~80vol%甲基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、三甲氧基氯硅烷或正硅酸乙酯乙醇溶液。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是所述的低临界点溶剂为乙醇或异丙醇。