[发明专利]增强型二氧化硅气凝胶的制备方法、增强型二氧化硅气凝胶及其应用

说明书

本发明涉及气凝胶技术领域，具体是一种增强型二氧化硅气凝胶的制备方法、增强型二氧化硅气凝胶及其应用。将硅源、烷氧基硅烷化苯基试剂、醇类有机溶剂、水混合均匀后，经过酸化和碱化步骤制得湿凝胶，再经过老化、溶剂置换、表面改性后，干燥得到增强型二氧化硅气凝胶；所述烷氧基硅烷化苯基试剂选自1,4‑二(三甲氧基硅基)苯、1,4‑二(三乙氧基硅基)苯和4,4’‑二(乙氧基甲硅烷)‑1,1’‑联苯中的一种或几种。本发明的二氧化硅气凝胶具有较好的力学强度，湿凝胶可以在常压下干燥而不发生破坏，节省设备投资、提高生产效率，降低生产成本，可以在保温材料、隔热材料、废气处理材料、废水处理材料、催化剂领域的应用。

技术领域

本发明涉及气凝胶技术领域，具体涉及增强型二氧化硅气凝胶的制备方法、增强型二氧化硅气凝胶及其应用。

背景技术

气凝胶通常是指以纳米量级超微颗粒相互聚集构成纳米多空网络结构，并在网络结构中充满气态分散介质的轻质纳米固态材料。气凝胶是一种固体，但是99％的体积都是气体，外观看起来像云，因此也被成为“固态烟”。

二氧化硅气凝胶是最常见的气凝胶，是一种防热隔热性能非常优异的轻质纳米多空非晶固体材料，孔隙率高达80-99.8％，孔洞的典型尺寸为1-100nm，比表面积可达200-1000m2/g，密度可低至3kg/m3，室温导热系数可低至0.012Wm-1K-1。由于这些特点，二氧化硅气凝胶在绝缘材料领域、化学领域、电子产品领域、药物领域等具有广阔的应用前景。

二氧化硅气凝胶一般是硅源，比如正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、硅酸钠等，和溶剂、水分别在酸性条件下水解、碱性条件下缩合后老化，再溶剂置换、表面改性后干燥得到。由于干燥前的湿凝胶力学强度不够，凝胶网络结构容易在干燥时发生坍塌和破坏，因此湿凝胶的干燥需要采用超临界干燥技术或者冷冻干燥技术。但是超临界干燥技术和冷冻干燥技术的设备昂贵、效率低、成本高，因此业界研究者希望能提高二氧化硅湿凝胶的力学强度，从而可以使用常压干燥技术，可以大幅降低生产成本和大规模化生产。

现有技术中，授权公告号CN106745002B公开了一种共前驱体法常压干燥制备块体二氧化硅气凝胶的方法，A、B两种不同的硅源分别水解后混合再在碱性条件下缩合、老化、溶剂交换后常压干燥。得到的二氧化硅气凝胶的抗压强度可达0.46MPa以上。该方法采用硅源分别水解再混合，增加了步骤和设备。

同时，为了提高二氧化硅气凝胶的力学强度，现有技术中还有采用二氧化硅气凝胶和一些材料形成复合材料，比如三维莫来石晶须(公告号CN109251005A)、硅藻土(公告号CN106478051B)、黏土(公告号CN108840347A)等。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供增强型二氧化硅气凝胶的制备方法，制备得到的增强型二氧化硅气凝胶可以在常压下干燥，节省了设备投资，提高了生产效率，降低了生产成本，可以实现二氧化硅气凝胶的大规模生产。

本发明的另一个目的是提供增强型二氧化硅气凝胶，具有较好的力学强度。

本发明还有一个目的是提供增强型二氧化硅气凝胶的应用。

本发明采用如下的技术方案：

增强型二氧化硅气凝胶的制备方法，包括以下步骤，将硅源、烷氧基硅烷化苯基试剂、醇类有机溶剂、水混合均匀后，经过酸化和碱化步骤制得湿凝胶，再经过老化、无水乙醇置换、表面修饰后，干燥得到增强型二氧化硅气凝胶；所述烷氧基硅烷化苯基试剂选自1,4-二(三甲氧基硅基)苯、1,4-二(三乙氧基硅基)苯和4,4’-二(乙氧基甲硅烷)-1,1’-联苯中的一种或几种。

优选的，所述硅源、烷氧基硅烷化苯基试剂、醇类有机溶剂、水的摩尔比为1:0.1-0.5:8-15:4-8。

更优选的，所述硅源、烷氧基硅烷化苯基试剂、醇类有机溶剂、水的摩尔比为1:0.13-0.45:9-12:5-7。