[发明专利]一种高比表面积铝酸锌和铝酸镁气凝胶制备方法

说明书

本发明提供了一种高比表面积铝酸锌和铝酸镁气凝胶的制备方法，包括以一种含铝二维多孔、结晶的金属共价有机框架材料为铝源，有机碱剥离后形成含铝二维纳米片层分散液，纳米氧化锌或纳米氧化镁分散液为锌源或镁源，水溶性线型高分子为添加剂，搅拌后形成混合分散液，再经过冷冻干燥和空气氛1000度焙烧后，制备了一种高比表面积铝酸锌和铝酸镁气凝胶。通过本发明方法得到的铝酸锌和铝酸镁气凝胶，在空气氛1000度焙烧后，结构完整，铝酸锌气凝胶密度低至16mg/cmsupgt;3/supgt;，比表面积高达80.95msupgt;2/supgt;/g，铝酸镁气凝胶密度低至21mg/cmsupgt;3/supgt;，比表面积高达82.03msupgt;2/supgt;/g。本发明具有原料成本低，制备工艺简单，产品性能优异，容易实现工业规模化生产的特点。

技术领域

本发明涉及新型材料的合成，具体涉及一种高比表面积铝酸锌和铝酸镁气凝胶的制备。

背景技术

目前高温气凝胶隔热材料研究较多的为氧化铝气凝胶，但在高温条件下氧化铝会晶相会逐步转变为致密的α-氧化铝，比表面积下降严重，导热系数明显上升，严重限制了其应用范围。

为解决氧化铝气凝胶的高温相变问题，常见两种解决方案：

(1)制备氧化铝溶胶的过程中添加稀土氧化物、碱土金属氧化物或氧化硅等，抑制氧化铝的高温相变与烧结。CN201310276044.2、CN201410510404.5和沈军等采用原位生成水法控制氧化铝溶胶-凝胶的合成，并采用超临界修饰和气相高温修饰的方法，合成了氧化硅改性的氧化铝气凝胶，可在1300度下保持为θ-氧化铝相，不发生相变为α-氧化铝，高温下具有较低的导热系数，但此方法往往需要严格的条件控制或表面修饰，工艺过程复杂，工业生产难以实现。

(2)利用氧化铝与其他氧化物高温下可形成稳定的二元固溶体，直接制备高温稳定的固溶体气凝胶，以实现高温隔热的性能。此方法目前仅报道了氧化铝与氧化硅所形成的二元固溶体莫来石气凝胶的制备方法。CN201910954101.5以异丙醇铝为铝源，正硅酸四乙酯为硅源，与水溶性高分子混合后得到一定粘度的纺丝液，采用喷射纺丝后凝胶化，再高温焙烧的方法合成了可耐1200度的莫来石纤维气凝胶，此方法获得的莫来石气凝胶具有良好的柔性较低的导热系数，但喷射纺丝法效率较低，工业无法实现；冯坚等采用硅铝混合溶胶和莫来

石纤维，经过溶胶-浸渍-凝胶法、超临界干燥和高温焙烧，合成了高韧性的莫来石气凝胶，但莫来石纳米纤维难以获得，且超临界干燥技术具有危险性，此方法的工业化难度较大。

铝酸锌和铝酸镁均为尖晶石结构，为氧化铝与氧化锌或氧化镁形成的两种高温稳定的二元固溶体。其中铝酸锌热稳定性为1200度，铝酸镁的热稳定性则高达2100度，具有优异的高温热稳定性。因为难以获得稳定的锌溶胶与镁溶胶，无法经过传统的溶胶-凝胶法合成铝酸锌气凝胶和铝酸镁气凝胶，目前报道的铝酸锌和铝酸镁的产品多为致密陶瓷材料或粉体材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可工业化制备的高比表面积铝酸锌和铝酸镁气凝胶。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

本发明合成高比表面积铝酸锌和铝酸镁气凝胶的方法，不经过传统的溶胶-凝胶过程，直接利用CN201910327777.1中报道的含铝二维多孔、结晶的金属共价有机框架材料为铝源，根据其结构特点，可在有机碱作用下高效剥离为二维纳米片层；以水溶性线性高分子为支撑剂，纳米氧化锌分散液和纳米氧化镁分散液为锌源和镁源，分别与二维纳米片层的铝源混合后，可保持冷冻干燥后结构不收缩，并在空气氛1000度焙烧后，制备高比表面积铝酸锌和铝酸镁气凝胶。

优选的，所述CN201910327777.1中报道的含铝二维多孔、结晶的金属共价有机框架材料，为MCOF-1和MCOF-2材料的至少之一。