磁性二氧化硅气凝胶及其常压干燥制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磁性SiO2气凝胶及其常压干燥制备方法，该方法以正硅酸酯为原料制成各种多聚硅氧烷作为硅源，通过将正硅酸酯、磁性纳米颗粒、醇或酮以及碱催化剂混合均匀，搅拌下形成凝胶，老化，然后将湿凝胶搅碎，并用低表面张力的液态烷或氟代烷置换，并使用疏水剂改性，通过常压过滤或离心，最后干燥，从而获得各种磁性SiO2气凝胶粉体。本发明专利技术的方法可以实现磁性SiO2气凝胶的连续化生产，生产周期短，成本低，节能环保，而所获磁性SiO2气凝胶为纳米多孔结构，并具有较为理想的密度、热导率、比表面积等，在满足隔热保温性能的同时，赋予了气凝胶磁性功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种二氧化娃气凝胶的制备方法，尤其涉及一种利用常压干燥技术制 备具有磁性的二氧化娃气凝胶的方法，属于纳米多孔材料

技术介绍
气凝胶是一种高度多孔性的纳米材料，是目前世界上质量最轻、隔热性能最好 的固体材料。由于二氧化娃气凝胶具有高比表面积（400~1500m7g)、高孔隙率（80~ 99. 8% )、低密度（0. 003~0. 6g/cm3)和低热导率（0. 013~0. 038W/mk)等特点，使得二氧 化娃气凝胶在耐高温隔热材料、超低密度材料、声阻抗禪合材料、气体吸附和过滤材料、催 化剂载体材料、药物载体材料等领域具有非常广阔的应用前景。通常制备Si02气凝胶的方 法是超临界干燥，例如CN102583407A和CN102642842B公开了使用超临界干燥制备气凝胶 的方法，其通过超临界流体置换掉湿凝胶中的溶剂，最终干燥后能够很好的保持凝胶原有 的结构。但是，通常超临界干燥需要用到特殊的设备，在高压高温下操作，一方面使得设备 昂贵，操作困难，成本高；另一方面存在重大的安全隐患。因此，虽然气凝胶具有W上提及的 优异性能，但是由于制备成本高，从而限制了其在日常生活中的广泛应用。 为此，大量研究的重点着重于降低Si化气凝胶的生产成本，例如专利 CN101503195、CN102020285A和CN103043673A公开了使用常压干燥制备气凝胶的方法；通 过多次和多种溶剂交换将凝胶孔道内的液体交换成为低表面张力的溶剂，如正己焼等，再 将孔道的表面由亲水性改性为疏水性，大大减小了凝胶孔道内的毛细管力，从而在干燥的 过程中凝胶的收缩很小，基本上可W保持原有形态。由于常压干燥需要多次的凝胶孔道溶 剂交换和表面疏水化处理，制备周期长，操作繁琐，很难实现产业化生产。 另一方面，对Si化气凝胶的功能化改性的研究也局限于学术领域，如何实现工业 化生产功能化Si化气凝胶，特别是常压干燥生产功能化Si化气凝胶，仍是一个有待解决的 问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的主要目的在于提出一种工艺简单、生产周期短、成 本低，且只需简单设备即可施行的常压干燥制备磁性Si化气凝胶的方法，从而实现功能化 Si〇2气凝胶的工业化生产。 本专利技术的另一目的在于提供一种磁性Si化气凝胶，其具有磁性，可作为磁性响应 功能气凝胶材料用于保温隔热领域。 为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供的技术方案如下： -种磁性Si〇2气凝胶的制备方法，包括如下步骤： (1)使正娃酸醋部分水解，形成多聚娃氧焼，备用； (2)将所述多聚娃氧焼、磁性纳米颗粒、醇或丽、碱催化剂混合均匀，快速揽拌下形 成复合的醇凝胶或丽凝胶； (3)将所述醇凝胶或丽凝胶揽碎至粉末或颗粒状后，与液态的焼或氣代焼混合揽 拌，置换出所述醇凝胶或丽凝胶中的醇或丽，获得焼凝胶； (4)将所述焼凝胶与疏水剂和液态焼的混合溶液混合揽拌，获得改性后的疏水焼 凝胶； (5)将所述疏水焼凝胶常压干燥，获得所述磁性Si化气凝胶。 在一较为优选的实施方案之中，步骤（1)具体可包括；将正娃酸醋、水及有机溶剂 混合，并加入水解催化剂形成混合反应体系，在水解温度反应化W上，获得所述多聚娃氧 焼。 进一步的，正娃酸醋与水的摩尔比优选为1:0.8~1:2. 0。 进一步的，所述有机溶剂与正娃酸醋的体积比优选为1:5~10:1。 进一步的，所述正娃酸醋可选自正娃酸己醋或正娃酸甲醋的一种或者两种的任意 混合，但不限于此。 进一步的，所述有机溶剂可选自醇或丽的一种或者两种的任意混合，但不限于此。 进一步的，所述水解催化剂可选自盐酸、硫酸、磯酸、硝酸、醋酸、草酸或巧樣酸的 一种或者两种W上的任意混合，但不限于此。 进一步的，所述水解温度范围控制在室温至所述有机溶剂的回流温度。 进一步的，步骤（1)中所述混合反应体系内水解催化剂的浓度优选控制在 10 2mol/LW内。 进一步的，步骤（2)中所用的醇或丽与多聚娃氧焼的体积比优选在25:1~0. 01:1 之间。 进一步的，所述醇优选采用碳原子数少于8的小分子醇。 进一步的，所述丽优选采用碳原子数少于8的丽。 进一步的，所述碱催化剂可选自氨氧化钢、氨氧化钟、尿素、氨水或H己胺的一种 或者两种W上的任意混合，但不限于此。 进一步的，步骤（2)中所述醇凝胶或丽凝胶内磁性纳米颗粒的含量优选控制在 0.Ol~lOwt%，而所述碱催化剂的用量优选控制在所述醇凝胶或丽凝胶总体积的15%W 内。 进一步的，所述磁性纳米颗粒可选自化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评62〇4、FeN、FezN、FeieNz的一种或者两种W上的任意混合，但不限于此。 在一较为优选的实施方案之中，步骤（3)具体包括；将液态的焼或氣代焼与醇凝 胶或丽凝胶按50:1~1:100的体积比混合并揽拌，其中揽拌速度优选为100~SOOOrpm,揽 拌温度控制在室温到液态的焼或氣代焼的沸点温度，揽拌时间控制在IhW上，置换出所述 醇凝胶或丽凝胶中的醇或丽，获得焼凝胶。 其中，所述液态焼或氣代焼优选采用碳原子数《8的液态焼或氣代焼。 在一较为优选的实施方案之中，步骤（4)具体包括；将体积比为50:1~1:100的 疏水剂和液态焼的混合溶液与焼凝胶混合揽拌，揽拌速度优选为10~SOOOrpm,揽拌温度 控制在室温到液态焼的沸点温度，揽拌时间控制在IhW上，获得所述疏水焼凝胶。 进一步的，所述疏水剂和液态焼的混合溶液中疏水剂的体积百分比含量优选为 0. 5%~50%。 进一步，所述疏水剂可选自甲基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种或者两种W上的任意混合，但不限于此。 进一步的，步骤巧）中常压干燥的方式可选用鼓风干燥或旋转干燥，干燥温度控 制优选在50°C~300°C。 一种磁性Si〇2气凝胶包含主要由Si〇2组成的凝胶骨架W及分散于所述凝胶 骨架中的磁性纳米颗粒，并且所述气凝胶具有纳米多孔结构，同时，所述气凝胶的密度为 0. 050~0. 150g/cm3,热导率为0. 0130~0. 0400W/mK之间，比表面积为500~900m2/g。 与现有技术相比，本专利技术的优点包括：[003引 （1)磁性纳米颗粒在溶胶状态加入，使得磁性纳米颗粒与凝胶骨架混合均匀，提高 稳定性的同时对气凝胶的比表面积、孔径、孔容等性能不造重要成影响；(2)磁性纳米颗粒 的引入，赋予Si化气凝胶优良的磁性。【附图说明】 图IA-图IC分别为本专利技术实施例1所获磁性Si化气凝胶的氮气等温吸脱附曲线 图，红外光谱图和磁性表征照片；[003引图2为本专利技术实施例2所获磁性Si化气凝胶的氮气等温吸脱附曲线图； 图3为本专利技术实施例3所获磁性Si化气凝胶的氮气等温吸脱附曲线图； 图4为本专利技术实施例4所获磁性Si化气凝胶的氮气等温吸脱附曲线图； 图5为本专利技术实施例5所获磁性Si化气凝胶的氮气等温吸脱附曲线图； 图6为本专利技术实施例6所获磁性Si化气凝胶的氮气等温吸脱附曲线图。【具体实施方式】 鉴于现有技术中的诸多缺陷，本案专利技术人经长期研究和大量实践，提出了本专利技术 的技术方案，其主要是W正娃酸醋为原料制成各种聚合度的多聚娃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性SiO2气凝胶的常压干燥制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）使正硅酸酯部分水解，形成多聚硅氧烷，备用；（2）将所述多聚硅氧烷、磁性纳米颗粒、醇或酮、碱催化剂混合均匀，快速搅拌形成复合的醇凝胶或酮凝胶；（3）将所述醇凝胶或酮凝胶搅碎至粉末或颗粒状后，与液态的烷或氟代烷混合搅拌，置换出所述醇凝胶或酮凝胶中的醇或酮，获得烷凝胶；（4）将所述烷凝胶与疏水剂和液态烷的混合溶液混合搅拌，获得改性后的疏水烷凝胶；（5）将所述疏水烷凝胶常压干燥，获得所述磁性SiO2气凝胶。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张学同，王锦，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32