一种变压加速溶剂萃取快速制备气凝胶的方法技术

本发明专利技术公开了一种变压加速溶剂萃取快速制备气凝胶的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将定量的无机硅源与水混合稀释，加入定量的酸，形成含盐的硅溶胶，并经过一段时间后形成凝胶；（2）在压力为周期性高低变化的条件下，用浓度随时间增加的有机溶剂水溶液对步骤（1）所得的凝胶进行加速溶剂萃取；（3）将步骤（2）所得的凝胶进行干燥。本发明专利技术具有工序简单，生产周期短，耗能少的特点，其产品气凝胶具有结构完整，导热系数低、机械强度好的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种变压加速溶剂萃取快速制备气凝胶的方法
本专利技术涉及纳米孔气凝胶材料的制造
，尤其是涉及一种变压加速溶剂萃取快速制备气凝胶的方法。
技术介绍
SiO2气凝胶是目前最受广泛关注的绝热材料之一，它是由高度交联的SiO2凝胶经特殊干燥过程制备的多孔材料，具有三维网络结构的多孔材料，其骨架与孔洞结构均为纳米量级。独特的结构使得SiO2气凝胶材料具有极低的热导系数，能够有效抑制热传导和热对流，被认为是隔热性能最好的固体材料。由于其具有巨大的应用潜力，世界各地的研究者们纷纷投入精力开发了各种各样的SiO2气凝胶制备方法，所采用的硅源也各不相同。目前，SiO2气凝胶制备典型的有机硅源为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、多聚硅氧烷等，通过加入水和有机溶剂如乙醇、甲醇等在一定pH值下水解，然后调节pH值、温度等参数使之凝胶，将凝胶陈化或老化一定时间，最后通过超临界干燥、亚临界干燥或常压干燥方法制备。如专利EP-A-0396076、WO92/03378、WO92/03378、WO95/06617、WO94/25149、WO92/26023、CN1557778。有机硅源最大的缺点是价格非常昂贵，导致产品成本高，规模化生产和工业化应用受到了很大的制约。SiO2气凝胶制备典型的无机硅源之一为酸性或碱性硅溶胶。由于商业硅溶胶中的SiO2通常为纳米级小球，且加入了各种稳定剂阻止小球团聚，因此将其制备成具有三位网络结构的凝胶时，凝胶条件较为复杂，且凝胶骨架较脆弱，需要长时间老化，专利CN101468798需要在密封容器中于100-200℃条件下脱水凝胶，并老化3-15天形成湿凝胶。专利CN1724354则要在50℃下恒温12-24h老化后，并用体积比为1：1的正硅酸乙酯和乙醇的混合液浸泡48h以增强凝胶结构。专利CN102642842、CN102674374所述的所有实施例均两次调节pH值，并在60℃水浴氛围老化2h或2h以上。另外，硅溶胶原料价格较高，制备周期长仍制约着SiO2气凝胶的规模化生产，且硅溶胶的存放时间通常不超过6个月，大多不超过3个月。SiO2气凝胶制备另一典型的无机硅源为水玻璃。典型的生产工艺之一为采用水玻璃为硅源，通过离子交换树脂去除高浓度钠离子或钾离子等，然后加碱缩聚成凝胶，经有机溶剂置换、表面甲硅烷基化处理、干燥后制得SiO2气凝胶。如专利WO98/23366、EP-A-0658513、CN1636871，CN106745000、CN106379904等，这类方法最大的问题在于离子交换树脂的回收难度大，可循环利用次数低，因此不仅成本高，固废产生量也多，基本不具备规模化生产的可行性。另一典型的水玻璃制备SiO2气凝胶工艺为采用酸对稀释后的水玻璃进行中和，使之凝胶，经反复水洗、溶剂置换、表面甲硅烷基化处理、干燥后制得SiO2气凝胶。如CN107651692的脱钠工序：将老化好的湿凝胶块体打碎后，首先用去离子水清洗一遍，然后将湿凝胶盛于5-15倍湿凝胶体积的容皿中，加入中性水搅拌，每4-7小时换水一次，如此浸泡约36小时。WO95/06617也是用水或无机碱的稀水溶液对凝胶进行洗涤，然后用醇交换水凝胶中的水相后进行超临界干燥。此类方法耗水量大，且水洗后的废水钠离子含量高，目前没有低成本的处理方式，直排对水质污染大。也有的水玻璃制备SiO2气凝胶工艺中不考虑除盐的步骤，如CN106477589A中将老化后的凝胶打碎，直至凝胶成为浆状；再经过加醇、抽滤、表面硅烷化处理、干燥，得到SiO2气凝胶粉末。该方法由于离子的存在，较大的减缓了表面硅烷化处理的速度，仅适用于气凝胶粉末的制备，应用领域十分有限，由于离子去除不彻底，凝胶粉末中仍存在较大量的残余离子，存放过程中极易出现盐析现象，导致SiO2气凝胶粉末品质低，性能差。加速溶剂萃取技术出现与上世纪末，该法是一种在提高温度和压力的条件下，用有机溶剂萃取的自动化方法。其突出的优点是有机溶剂用量少、快速、回收率高。已有报道温度从25℃增至150℃，溶剂的扩散系数大约增加2~10倍。由于其突出的优点，加速溶剂萃取技术已受到分析化学界的关注，特别是环境分析中用气相色谱分析检测时，将加速溶剂萃取技术应用于溶剂对样品中有机待测成分的萃取过程。如CN100362347C（一种与气相色谱在线联用的加速溶剂萃取装置及方法）、CN104698107B（一种快速溶剂萃取土壤中残留多种抗生素的前处理方法）、CN106353444B（土壤中2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮和丁基甲氧基二苯甲酰甲烷的检测方法）、CN103267820B（一种污泥中多种雌激素的共检测方法）、CN103698462B（一种同时检测烟草中多种农药残留的方法）、CN（105954370B）一种检测禽和猪组织中哌嗪残留的确证分析方法、CN104458934B（一种烟草及烟草制品中水溶性糖的检测方法）等。在生物有效物质提取中，加速溶剂萃取也已开始有了应用。如CN102277230B公布了一种最佳化快速溶剂萃取处理提高微藻油脂萃取量的方法，其特征是通过采用最佳化快速溶剂萃取处理，以无水乙醇或丙酮之一作为萃取溶剂，萃取压力1500psi，萃取温度175℃，萃取时间16分钟，萃取循环次数3。所获得的微藻油脂萃取率可比常规的索氏萃取法高39.08-47.09％。CN103494178B公布了一种香菇总生物碱的提取方法，用体积分数80％乙醇为提取溶剂，温度140℃、压力1500psi，提取2次；或体积分数95％乙醇为提取溶剂，温度100℃、压力1500psi、提取2次，有效缩短了生物碱的提取时间。
技术实现思路
本专利技术提供了一种工序简单，生产周期短，耗能少的一种变压加速溶剂萃取快速制备气凝胶的方法，其产品气凝胶具有结构完整，导热系数低、机械强度好的特点。为达到上述目的，本专利技术的具体方案如下：一种变压加速溶剂萃取快速制备气凝胶的方法，包括以下步骤：（1）将定量的无机硅源与水混合稀释，加入定量的酸，形成含盐的硅溶胶，并经过一段时间后形成凝胶；（2）在压力为周期性高低变化的条件下，用浓度随时间增加的有机溶剂水溶液对步骤（1）所得的凝胶进行加速溶剂萃取；（3）将步骤（2）所得的凝胶进行干燥。所述步骤（1）中的无机硅源为钾水玻璃、钠水玻璃、硅酸钠、偏硅酸钠、硅酸钾、偏硅酸钾、硅酸锂、偏硅酸锂中的一种或几种；酸为硫酸、盐酸、磷酸、草酸、醋酸、硝酸、乙二酸、柠檬酸、碳酸中的一种或几种。对无机硅源进行中和，并控制pH为4~7或8~10.5使之凝胶。形成含盐的硅溶胶后，形成凝胶前，将硅溶胶通过喷淋、浸没或真空渗透方式与纤维材料进行复合，然后在纤维材料孔隙中形成凝胶。所述步骤（2）中的有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、丙二醇、丙酮、丁酮中的一种或多种。所述步骤（2）压力是周期性变化的，最高值不低于所选有机溶剂在该温度下的分压，压力最低值低于所选有机溶剂在该温度下的分压。通过变压萃取的方式，当萃取压力下降时，孔洞中的有机溶剂部分汽化，快速从孔洞中扩散出来；随着压力上升，萃取釜中的有机溶剂压力与凝胶孔洞中的压力形成压差，形成有机溶剂扩散进入孔洞的动力，因此萃取速度进一步提高。所述步骤（2）中的加速溶剂萃取的温度高于所选有机溶剂的沸点。所述步骤（2）中的增加的有机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变压加速溶剂萃取快速制备气凝胶的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将定量的无机硅源与水混合稀释，加入定量的酸，形成含盐的硅溶胶，并经过一段时间后形成凝胶；（2）在压力为周期性高低变化的条件下，用浓度随时间增加的有机溶剂水溶液对步骤（1）所得的凝胶进行加速溶剂萃取；（3）将步骤（2）所得的凝胶进行超临界干燥或亚临界干燥。

【技术特征摘要】
1.一种变压加速溶剂萃取快速制备气凝胶的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将定量的无机硅源与水混合稀释，加入定量的酸，形成含盐的硅溶胶，并经过一段时间后形成凝胶；（2）在压力为周期性高低变化的条件下，用浓度随时间增加的有机溶剂水溶液对步骤（1）所得的凝胶进行加速溶剂萃取；（3）将步骤（2）所得的凝胶进行超临界干燥或亚临界干燥。2.如权利要求1所述变压加速溶剂萃取快速制备气凝胶的方法，其特征在于：所述步骤（2）萃取的温度高于所选有机溶剂的沸点；压力最高值不低于所选有机溶剂在该温度下的分压，压力最低值低于所选有机溶剂在该温度下的分压。3.如权利要求1所述变压加速溶剂萃取快速制备气凝胶的方法，其特征在于：还包括（4）采用有机硅化合物对步骤（3）干燥后的凝胶进行表面处理，得到疏水气凝胶材料。4.如权利要求1所述变压加速溶剂萃取快速制备气凝胶的方法，其特征在于：所述步骤（1）形成含盐的硅溶胶后，形成凝胶前，将硅溶胶通过喷淋、浸没或真空渗透方式与纤维材料进行复合，然后在纤维材料孔隙中形成凝胶。5.如权利要求1所述变压加速溶剂萃取快速制备气凝胶的方法，其特征在于：所述步骤（1）中的无机硅源为钾水玻璃、钠水玻璃、硅酸钠、偏硅酸钠、硅酸钾、偏硅酸钾、硅酸锂、偏硅酸锂中的一种或几种；酸为硫酸、盐酸、磷酸、草酸、醋酸、硝酸、乙二酸、柠檬酸、碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫方，闵阳，
申请(专利权)人：浙江岩谷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33