磁性二氧化硅氣凝膠及其常壓干燥制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種二氧化娃氣凝膠的制備方法，尤其涉及一種利用常壓干燥技術(shù)制 備具有磁性的二氧化娃氣凝膠的方法，屬于納米多孔材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 氣凝膠是一種高度多孔性的納米材料，是目前世界上質(zhì)量最輕、隔熱性能最好 的固體材料。由于二氧化娃氣凝膠具有高比表面積（400~1500m7g)、高孔隙率（80~ 99. 8% )、低密度（0. 003~0. 6g/cm3)和低熱導(dǎo)率（0. 013~0. 038W/mk)等特點，使得二氧 化娃氣凝膠在耐高溫隔熱材料、超低密度材料、聲阻抗禪合材料、氣體吸附和過濾材料、催 化劑載體材料、藥物載體材料等領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。通常制備Si02氣凝膠的方 法是超臨界干燥，例如CN102583407A和CN102642842B公開了使用超臨界干燥制備氣凝膠 的方法，其通過超臨界流體置換掉濕凝膠中的溶劑，最終干燥后能夠很好的保持凝膠原有 的結(jié)構(gòu)。但是，通常超臨界干燥需要用到特殊的設(shè)備，在高壓高溫下操作，一方面使得設(shè)備 昂貴，操作困難，成本高；另一方面存在重大的安全隱患。因此，雖然氣凝膠具有W上提及的 優(yōu)異性能，但是由于制備成本高，從而限制了其在日常生活中的廣泛應(yīng)用。
[0003] 為此，大量研究的重點著重于降低Si化氣凝膠的生產(chǎn)成本，例如專利 CN101503195、CN102020285A和CN103043673A公開了使用常壓干燥制備氣凝膠的方法；通 過多次和多種溶劑交換將凝膠孔道內(nèi)的液體交換成為低表面張力的溶劑，如正己焼等，再 將孔道的表面由親水性改性為疏水性，大大減小了凝膠孔道內(nèi)的毛細管力，從而在干燥的 過程中凝膠的收縮很小，基本上可W保持原有形態(tài)。由于常壓干燥需要多次的凝膠孔道溶 劑交換和表面疏水化處理，制備周期長，操作繁瑣，很難實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
[0004] 另一方面，對Si化氣凝膠的功能化改性的研究也局限于學(xué)術(shù)領(lǐng)域，如何實現(xiàn)工業(yè) 化生產(chǎn)功能化Si化氣凝膠，特別是常壓干燥生產(chǎn)功能化Si化氣凝膠，仍是一個有待解決的 問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的主要目的在于提出一種工藝簡單、生產(chǎn)周期短、成 本低，且只需簡單設(shè)備即可施行的常壓干燥制備磁性Si化氣凝膠的方法，從而實現(xiàn)功能化 Si〇2氣凝膠的工業(yè)化生產(chǎn)。
[0006] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種磁性Si化氣凝膠，其具有磁性，可作為磁性響應(yīng) 功能氣凝膠材料用于保溫隔熱領(lǐng)域。
[0007] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：
[0008] -種磁性Si〇2氣凝膠的制備方法，包括如下步驟：
[0009] (1)使正娃酸醋部分水解，形成多聚娃氧焼，備用；
[0010] (2)將所述多聚娃氧焼、磁性納米顆粒、醇或麗、堿催化劑混合均勻，快速攬拌下形 成復(fù)合的醇凝膠或麗凝膠；
[0011] (3)將所述醇凝膠或麗凝膠攬碎至粉末或顆粒狀后，與液態(tài)的焼或氣代焼混合攬 拌，置換出所述醇凝膠或麗凝膠中的醇或麗，獲得焼凝膠；
[0012] (4)將所述焼凝膠與疏水劑和液態(tài)焼的混合溶液混合攬拌，獲得改性后的疏水焼 凝膠；
[0013] (5)將所述疏水焼凝膠常壓干燥，獲得所述磁性Si化氣凝膠。
[0014] 在一較為優(yōu)選的實施方案之中，步驟（1)具體可包括；將正娃酸醋、水及有機溶劑 混合，并加入水解催化劑形成混合反應(yīng)體系，在水解溫度反應(yīng)化W上，獲得所述多聚娃氧 焼。
[0015] 進一步的，正娃酸醋與水的摩爾比優(yōu)選為1:0.8~1:2. 0。
[0016] 進一步的，所述有機溶劑與正娃酸醋的體積比優(yōu)選為1:5~10:1。
[0017] 進一步的，所述正娃酸醋可選自正娃酸己醋或正娃酸甲醋的一種或者兩種的任意 混合，但不限于此。
[0018] 進一步的，所述有機溶劑可選自醇或麗的一種或者兩種的任意混合，但不限于此。
[0019] 進一步的，所述水解催化劑可選自鹽酸、硫酸、磯酸、硝酸、醋酸、草酸或巧樣酸的 一種或者兩種W上的任意混合，但不限于此。
[0020] 進一步的，所述水解溫度范圍控制在室溫至所述有機溶劑的回流溫度。
[0021] 進一步的，步驟（1)中所述混合反應(yīng)體系內(nèi)水解催化劑的濃度優(yōu)選控制在 10 2mol/LW內(nèi)。
[0022] 進一步的，步驟（2)中所用的醇或麗與多聚娃氧焼的體積比優(yōu)選在25:1~0. 01:1 之間。
[0023] 進一步的，所述醇優(yōu)選采用碳原子數(shù)少于8的小分子醇。
[0024] 進一步的，所述麗優(yōu)選采用碳原子數(shù)少于8的麗。
[0025] 進一步的，所述堿催化劑可選自氨氧化鋼、氨氧化鐘、尿素、氨水或H己胺的一種 或者兩種W上的任意混合，但不限于此。
[0026] 進一步的，步驟（2)中所述醇凝膠或麗凝膠內(nèi)磁性納米顆粒的含量優(yōu)選控制在 0.Ol~lOwt%，而所述堿催化劑的用量優(yōu)選控制在所述醇凝膠或麗凝膠總體積的15%W 內(nèi)。
[0027] 進一步的，所述磁性納米顆?？蛇x自化3〇4、Y-Fe；A、M址'62〇4、Co化2〇4、Co化2化、 Ni化2〇4、M評62〇4、FeN、FezN、FeieNz的一種或者兩種W上的任意混合，但不限于此。
[0028] 在一較為優(yōu)選的實施方案之中，步驟（3)具體包括；將液態(tài)的焼或氣代焼與醇凝 膠或麗凝膠按50:1~1:100的體積比混合并攬拌，其中攬拌速度優(yōu)選為100~SOOOrpm,攬 拌溫度控制在室溫到液態(tài)的焼或氣代焼的沸點溫度，攬拌時間控制在IhW上，置換出所述 醇凝膠或麗凝膠中的醇或麗，獲得焼凝膠。
[0029] 其中，所述液態(tài)焼或氣代焼優(yōu)選采用碳原子數(shù)《8的液態(tài)焼或氣代焼。
[0030] 在一較為優(yōu)選的實施方案之中，步驟（4)具體包括；將體積比為50:1~1:100的 疏水劑和液態(tài)焼的混合溶液與焼凝膠混合攬拌，攬拌速度優(yōu)選為10~SOOOrpm,攬拌溫度 控制在室溫到液態(tài)焼的沸點溫度，攬拌時間控制在IhW上，獲得所述疏水焼凝膠。
[0031] 進一步的，所述疏水劑和液態(tài)焼的混合溶液中疏水劑的體積百分比含量優(yōu)選為 0. 5%~50%。
[0032] 進一步，所述疏水劑可選自甲基H甲氧基娃焼、H甲基甲氧基娃焼、二甲基二氯娃 焼、六甲基二娃氮焼或六甲基二娃氮胺焼的一種或者兩種W上的任意混合，但不限于此。
[0033] 進一步的，步驟巧）中常壓干燥的方式可選用鼓風(fēng)干燥或旋轉(zhuǎn)干燥，干燥溫度控 制優(yōu)選在50°C~300°C。
[0034] 一種磁性Si〇2氣凝膠包含主要由Si〇2組成的凝膠骨架W及分散于所述凝膠 骨架中的磁性納米顆粒，并且所述氣凝膠具有納米多孔結(jié)構(gòu)，同時，所述氣凝膠的密度為 0. 050~0. 150g/cm3,熱導(dǎo)率為0. 0130~0. 0400W/mK之間，比表面積為500~900m2/g。
[0035] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點包括：
[003引 （1)磁性納米顆粒在溶膠狀態(tài)加入，使得磁性納米顆粒與凝膠骨架混合均勻，提高 穩(wěn)定性的同時對氣凝膠的比表面積、孔徑、孔容等性能不造重要成影響；(2)磁性納米顆粒 的引入，賦予Si化氣凝膠優(yōu)良的磁性。
【附圖說明】
[0037] 圖IA-圖IC分別為本發(fā)明實施例1所獲磁性Si化氣凝膠的氮氣等溫吸脫附曲線 圖，紅外光譜圖和磁性表征照片；
[003引圖2為本發(fā)明實施例2所獲磁性Si化氣凝膠的氮氣等溫吸脫附曲線圖；
[0039] 圖3為本發(fā)明實施例3所獲磁性Si化氣凝膠的氮氣等溫吸脫附曲線圖；
[0040] 圖4為本發(fā)明實施例4所獲磁性Si化氣凝膠的氮氣等溫吸脫附曲線圖；
[0041] 圖5為本發(fā)明實施例5所獲磁性Si化氣凝膠的氮氣等溫吸脫附曲線圖；
[0042] 圖6為本發(fā)明實施例6所獲磁性Si化氣凝膠的氮氣等溫吸脫附曲線圖。
【具體實施方式】
[0043] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的諸多缺陷，本案發(fā)明人經(jīng)長期研究和大量實踐，提出了本發(fā)明 的技術(shù)方案，其主要是W正娃酸醋為原料制成各種聚合度的多聚娃氧焼（亦可簡稱為CS娃 油）為娃源，通過將娃源、磁性納米顆粒、醇或麗W及堿催化劑混合均勻，形成凝膠，然后將 濕凝膠攬碎成顆粒或粉末，之后用低表面張力的液態(tài)焼或氣代焼置換，并使用疏水劑改性， 通過常壓過濾或離必，最后干燥，得到磁性Si化氣凝膠粉體。
[0044] 藉由本發(fā)明的技術(shù)方案，可W實現(xiàn)磁性Si〇2氣凝膠的連續(xù)化生產(chǎn)，生產(chǎn)周期短，能 源消耗少，對環(huán)境影響小，并且所獲磁性Si〇2氣凝膠具有納米多孔結(jié)構(gòu)，孔徑在9至20納 米，密度為0. 050~0. 150g/cm3,熱導(dǎo)率在0. 0130~0. 0400W/mK之間，比表面積在500~ 900m2/g之間。
[0045] 如下對本發(fā)