[发明专利]一种多元气凝胶的制备方法

摘要

本发明公开了一种多元气凝胶的制备方法，其特征在于：采用在多元体系中用溶胶-凝胶法制备多元溶胶并且用凝胶剂凝胶，然后干燥制备高比表面的多孔材料；本发明的气凝胶材料可以增加其强度或是加入特殊的氧化物在光学或气体传感器等领域有特殊的应用。主要的方法是以制备二氧化硅气凝胶制备方法为基础，加入含有磷、锡、锌等化合物和凝胶剂，使磷、锡、锌等以氧为桥键连接到硅氧的结构中，形成高比表面积（可超过1000m2/g）、低密度(0.2g/cm3)和平均孔直径（1-50nm）的多孔复合材料，可广泛运用于过滤材料、隔热涂层材料、光学及气体测定等领域。

主权项

一种多元气凝胶的制备方法，其特征在于：采用在多元体系中用溶胶‑凝胶法制备多元溶胶并且用凝胶剂凝胶，然后干燥制备高比表面的多孔材料；具体步骤如下：（1） SiO2溶胶制备：将SiO2硅源、无水乙醇及去离子水均匀混合，再加入盐酸形成硅溶胶，其摩尔比为：SiO2硅源:无水乙醇：去离子水：盐酸=1:1.0‑11.0:1.2‑6.0:0.0005‑0.08；将制备的硅溶胶在温度45‑75℃的条件下送入水浴锅里水浴，并在室温下静置待用；（2） P2O5/ SnO2 /ZnO溶胶制备：取P2O5的先驱体、SnO2的先驱体和ZnO的先驱体，加入到无水乙醇或甲醇溶剂中并搅拌，搅拌均匀后加入盐酸（36‑38w%），继续搅拌大于一分钟的时间段后，就形成均匀的P2O5/ SnO2 /ZnO溶胶，其中磷酸三乙酯、结晶四氯化锡、六水硝酸锌、醇、酸之间的摩尔比例为1:(0.5‑2.0):(0.1‑2.5)：（10‑60）：（0.5‑5.8），并在室温下静置待用； （3）P2O5/ SnO2 /ZnO凝胶制备：以滴加的方式添加凝胶网络诱导剂(如：1,2‑环氧丙烷)到上述步骤2制备好的P2O5/ SnO2 /ZnO溶胶中，滴加完毕后静置凝胶，就形成均匀的P2O5/ SnO2 /ZnO凝胶，其中磷酸三乙酯、结晶四氯化锡、六水硝酸锌、醇、酸、1,2‑环氧丙烷之间的摩尔比例为1:(0.5‑2.0):(0.1‑2.5)：（10‑60）：（0.5‑5.8）：（10‑75），并在室温下静置待用； （4）SiO2‑P2O5/ SnO2 /ZnO多元气凝胶材料的制备方法有两种：a 、将上述步骤2制备好的P2O5/ SnO2 /ZnO溶胶，加入到搅拌条件下的SiO2溶胶中，搅拌均匀后滴加碱溶液（如氨水：浓度为1‑5%），滴加完毕后静置凝胶，就形成均匀的SiO2‑P2O5/ SnO2 /ZnO凝胶，其中SiO2：P2O5：SnO2：ZnO：NH4OH的摩尔比为1:（1‑10）×10‑3:(1‑8)×10‑3:(1‑7)×10‑4:（0.01‑10）×10‑2；将形成的SiO2‑P2O5/ SnO /ZnO凝胶用去离子水交换凝胶中的杂质元素，直到杂质元素置换完毕后再用乙醇或丙酮置换凝胶中的水；接下来添加修饰剂乙醇溶液，修饰剂与乙醇的体积比为5%‑80%，在30℃‑75℃温度条件下对SiO2‑P2O5/ SnO2 /ZnO凝胶进行水浴老化一到两次，每次一到两天，其中修饰剂取自六甲基二硅胺烷(HMDS)、三甲基氯硅烷(TMCS) 、正硅酸乙酯(TEOS)、二乙氧基二甲基硅烷(DDS)、二甲基二乙氧基硅烷（DMMOS）、甲基三甲氧基硅烷(MTMS)、六甲基二硅胺烷(HMDZ)、 二甲基氯硅烷(DMCS)、二甲基二氯硅烷(DMDC)、三甲基氯硅烷（TMCS）、三甲基乙基硅烷(TMES)或十六烷基三乙氧基硅烷(HDTMS)中的任意一种；老化完毕后，在CO2超临界条件下进行干燥，得到SiO2‑P2O5/ SnO2 /ZnO多元气凝胶纳米复合材料；b、将上述步骤3制备好的P2O5/ SnO2/ZnO凝胶粉碎或制备成纳米粉，再将纳米粉用去离子水洗涤杂质元素；当把杂质元素去除后，常温干燥；SiO2溶胶在搅拌条件下加入P2O5/ SnO2 /ZnO凝胶纳米粉，搅拌均匀后滴加碱（氨水：浓度为1‑5%），滴加完毕后静置凝胶，就形成均匀的SiO2‑P2O5/ SnO2 /ZnO凝胶，其中SiO2：P2O5：SnO2：ZnO：NH4OH的摩尔比为1:（0.2‑40）×10‑3:（0.2‑35）×10‑3:（0.05‑50）×10‑3：（0.01‑8）×10‑2；再将制备好的SiO2‑P2O5/ SnO2 /ZnO凝胶用乙醇或丙酮置换凝胶中的水，置换完毕后添加修饰剂进行老化，条件同于步骤a；老化完毕后，在CO2超临界条件下进行干燥，就得到了SiO2‑P2O5/ SnO2 /ZnO多元气凝胶纳米复合材料。