[发明专利]一种常压直接干燥制备无机氧化物气凝胶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机氧化物气凝胶制备领域，具体是一种常压直接干燥制备无机氧化物气凝胶的方法。

背景技术

气凝胶是一种以纳米量级超微颗粒相互聚结构成的内部充满气态分散介质的低密度多孔性固体材料，孔隙率高达80%-99.8%。它是目前发现的，世界上最轻的固体材料，人们常常形象的称之为“冻烟”。气凝胶除具有纳米材料的基本性质，还具有高孔隙率、低传热系数、低密度、低导电系数、低折射系数、低声传播速度等诸多优良特性，在隔热耐火材料、催化剂及催化剂载体、消音减震材料、新型高能粒子探测器、气体和水的净化剂、特种玻璃前驱体等方面具有非常广阔的应用前景。特别是无机氧化物气凝胶，因具备研究广泛、工艺成熟、原料价格低廉以及毒性小等诸多优点而备受瞩目，然而，湿凝胶经以往常规干燥方法得到的样品存在易碎易裂机械强度低等缺点，严重制约了其规模生产。

气凝胶的制备过程大体包括：溶胶凝胶法制备氧化物湿凝胶和湿凝胶的干燥。溶胶凝胶法研究较多，相对比较成熟，干燥阶段是人们现在研究的热点所在，这一步操作的好坏直接决定了最终能否获得整体块状气凝胶。现阶段在制备气凝胶时，采用的干燥方法主要包括以下几种：超临界干燥、冷冻干燥和常压干燥。超临界干燥虽然能较好的复制湿凝胶网络结构，但其条件难控，对设备要求极高和操作困难，并且耗时长、危险性高、效率低，极大的限制了气凝胶的大规模生产，而经冷冻干燥方法得到的产品多为粉末状气凝胶。另外，常压干燥方法因操作简单、成本低等优点备受研究者的青睐，然而简单的常压干燥过程中常常伴随着凝胶的收缩和开裂。

发明内容

本发明的目的是提供一种常压直接干燥制备无机氧化物气凝胶的方法，解决现有技术在常压干燥过程中发生凝胶收缩和开裂现象等问题。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种常压直接干燥制备无机氧化物气凝胶的方法，包括如下步骤：

步骤一、以无机金属盐为前驱体制备无机氧化物溶胶；

步骤二、将凹土直接加入或制成凹土悬浮液加入到步骤一制备的无机氧化物溶胶中混合均匀，得到凹土-无机氧化物溶胶，其中，所述凹土和无机金属盐的质量比为0.011:1～0.2:1；所述凹土使用前经过200～300℃下2～3h的热处理；

步骤三、向步骤二制备的凹土-无机氧化物溶胶中加入环氧丙烷，混合均匀，15℃～50℃下密封静置，得到湿凝胶，其中，环氧丙烷和无机金属盐的摩尔比为4～10:1；

步骤四、将步骤三制备的湿凝胶在25～50℃下老化2～4天，之后在30～120℃下常压干燥1～2天，得到氢氧化物气凝胶；

步骤五、将步骤四制备的氢氧化物气凝胶热处理，之后自然冷却得到无机氧化物气凝胶。

步骤一中所述无机金属盐为六水氯化铝、六水氯化铁或六水氯化镍。

步骤二中所述凹土粒径为100～200目；所述凹土悬浮液使用的溶剂为乙醇或体积百分比为50～80%的乙醇水溶液。

步骤五中所述热处理是将氢氧化物气凝胶放置于马弗炉中，在空气气氛中，调节升温速率1～2℃/min，升温至300～500℃，保温2～4h。

本发明的原理：本发明通过在制备过程中添加凹土来解决常压干燥过程中存在的凝胶收缩和开裂的难题。凹土是一种具有纤维状晶体结构以及纤维网络构架，层链状结构和高比表面积的水合镁铝硅酸粘土矿物，在矿物学上隶属海泡石族，具有良好的吸附性、悬浮性、摇融性、触变性、绝热性、环保性、耐候性等特点，能够用作吸附剂、催化剂载体、悬浮剂、触变剂、胶黏剂以及填充材料等。另外，凹土经热处理后具有较强的机械性能和热稳定性。本发明利用凹土的层链状结构和纤维网络构架，以此有序构架充当起始骨架，分担干燥阶段产生的收缩力，从而有效的改善碎裂问题。通过此方法无需繁琐的溶剂替换，直接在常压下就可以得到形状规整、空气中不开裂的气凝胶产品。

本发明的有益效果：

1、本发明方法通过加入一定量的凹土添加剂，使老化后得到的湿凝胶在恒温干燥箱中直接干燥得到形状规整、稳定性好的无机氧化物气凝胶。本发明方法避免了昂贵并且危险的超临界干燥，避免了易燃易爆有毒的有机溶剂的大量使用，减小了干燥过程中湿凝胶的收缩程度、解决干燥过程中以及空气中气凝胶开裂的难题。

2、本发明方法大大简化了原有复杂的制备工艺，缩短了制备周期，降低了对设备的要求，节约了生产成本，提高了生产效率，有较好的工业意义。

附图说明

图1是气凝胶TEM照片；