一种基于非水解溶胶凝胶技术的低密度块状氧化铝复合气凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于非水解溶胶凝胶技术的低密度块状氧化铝复合气凝胶及其制备方法。在无水环境中，将多组元氧化物反应前躯体置于含有氧供体的反应溶剂中，混合均匀后，高温下进行非水解溶胶凝胶反应，获得块状湿凝胶；经老化、超临界干燥，获得低密度块状氧化铝复合气凝胶。本发明专利技术采用的非水解溶胶凝胶技术具有凝胶反应聚合度高、异质产率高等优势，在制备多组元掺杂的低密度块状气凝胶具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于非水解溶胶凝胶技术的低密度块状氧化铝复合气凝胶及其制备方法
本专利技术涉及一种基于非水解溶胶凝胶技术的低密度氧化铝复合气凝胶的制备方法，具体涉及一种多组元掺杂块状氧化铝及复合气凝胶的制备方法。
技术介绍
氧化铝气凝胶具有耐高温、轻质、导热系数低等特点，已经成为航空航天等领域关键材料。但是，低密度氧化铝气凝胶难成型，块状材料不易获得，且单组元氧化铝气凝胶高温易发生晶型转变，其热稳定性难提高，应用性受到限制。多组元掺杂的氧化铝气凝胶，可改善材料的力学强度、抑制氧化铝高温晶型转变，有效克服氧化铝气凝胶难成形、热稳定性不足的问题。现阶段，多组元复合氧化物气凝胶材料一般采用水解溶胶凝胶合成，不同金属盐的水解缩聚速率差异较大，产物中大部分为均质氧化物，无法实现多组元的有效掺杂，限制了复合氧化铝气凝胶性能提升。非水解溶胶凝胶技术是近些年来发展起来的新型溶胶凝胶技术，非水解溶胶凝胶反应动力学易于控制，可有效克服多元组分金属的水解缩聚速率的差异性，且异质聚合度高，有利于多组分有效掺杂。因此，非水解溶胶凝胶技术将成为制备多组元掺杂的氧化铝气凝胶的一种有效方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于非水解溶胶凝胶技术的低密度块状的氧化铝基复合气凝胶制备方法，是一种多组元掺杂的氧化铝气凝胶新的合成方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于非水解溶胶凝胶技术的低密度块状氧化铝复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤：1)在无水环境中，将氧化铝前驱体、掺杂组元前驱体、氧供体分别加入反应溶剂中，搅拌混合均匀，密封后加热，进行非水解溶胶凝胶异质缩合反应，获得块状湿凝胶；2)向含有湿凝胶的反应釜中加入反应溶剂，进行密闭高温老化处理，实现凝胶骨架增强；3)采用反应溶剂洗去密闭高温老化处理后的湿凝胶表面的未反应物，之后将其转入超临界干燥釜中干燥，最终得到多组元掺杂的复合氧化铝气凝胶。进一步地，步骤1)，即非水解溶胶凝胶异质缩合反应过程包括：依次将氧化铝前驱体和掺杂组元前驱体加入反应溶剂中，再引入化学计量的氧供体，搅拌均匀后，将混合溶液转移至高温反应釜中，密封处理；再将反应釜置于烘箱中，在一定反应温度条件下进行异质缩合反应，高温反应一定时间后体系发生凝胶化，可得具有一定强度的湿凝胶。进一步地，步骤1)中，氧化铝前驱体包括但不限于无水氯化铝、溴化铝等；掺杂组元前驱体为无水氯化镁、氯化铁、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、氯化硅和氯化镧中的一种或两种。进一步地，步骤1)中，氧化铝前驱体与掺杂组元前驱体的摩尔比范围为10:1～3:1，但不局限于此比例。进一步地，步骤1)中，氧供体可以是异丙醚、乙醚、乙醇、异丙醇等醚类或醇类有机溶剂。进一步地，步骤1)中，反应溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷或四氯化碳。进一步地，步骤1)中，非水解溶胶凝胶异质缩合反应的固含量控制在3-5％，反应温度为110～150摄氏度，反应时间为1～3天。进一步地，步骤2)，即湿凝胶老化过程包括：将非水解溶胶凝胶异质缩合反应得到的湿凝胶置于反应釜中，加入适量的反应溶剂，进行高温老化处理，以增强湿凝胶的结构强度，高温处理2～5天完成凝胶老化。进一步地，步骤2)中，反应溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳等。进一步地，步骤2)中，高温老化处理的温度为110～150摄氏度。进一步地，步骤3)，即超临界干燥过程包括：将湿凝胶浸没于无水丙酮中，洗涤去除未反应物，然后将其送入超临界干燥釜中，干燥完毕后得到复合氧化物气凝胶。基于同一专利技术构思，本专利技术还提供一种采用上述方法制备的氧化铝复合气凝胶。本专利技术取得的有益效果为：本专利技术提供了一种基于非水解溶胶凝胶技术的低密度多组元掺杂的氧化铝复合气凝胶制备新方法，解决传统单组元氧化铝气凝胶难成块，以及多组元氧化铝气凝胶异质聚合度低、难以有效掺杂的问题。该方法在氧化铝气凝胶前驱体体系中引入可与铝元素共晶/非共晶的多组元元素，以非水解溶胶凝胶技术进行反应掺杂，实现低密度多组元氧化铝复合气凝胶的制备，获得的氧化铝气凝胶具有轻质、耐高温以及导热系数低的特点，未来在隔热、保温、吸附、催化等领域具有广阔的应用前景。同时，该方法也为获得新型高性能多组氧化物气凝胶提供新的技术路线和合成方法。附图说明图1是实施例2中氧化铝复合气凝胶的SEM图。图2是实施例3中氧化铝复合气凝胶的SEM图。图3是实施例4中氧化铝复合气凝胶的SEM图。图4是实施例5中氧化铝复合气凝胶的SEM图。具体实施方式为使本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说明。实施例1(1)在无水条件下(水含量<20ppm)，称取10mmol的无水氯化铝和1mmol氯化镁置于反应瓶中，向反应体系滴加16mmol异丙醇，之后加入反应溶剂二氯甲烷，保持固含量为5％，待体系搅拌均匀后，将前躯体溶液转移至反应釜中，密封处理；再将反应釜置于烘箱中，在150摄氏度下进行异质缩合反应，反应1天体系发生凝胶化，可得具有一定强度的湿凝胶。(2)向盛有湿凝胶的反应釜中加入适量二氯甲烷，密封后于150摄氏度高温老化3天，以实现湿凝胶骨架的增强。(3)将老化后的湿凝胶，置于无水丙酮中清洗，去除未反应物。(4)将洗涤后的块状湿凝胶送入超临界干燥釜中干燥，最终获得多组元掺杂的氧化铝复合气凝胶。实施例2实施例2与实施例1不同之处在于(1)和(2)，具体如下：(1)在无水条件下(水含量<20ppm)，称取10mmol的无水氯化铝和2mmol氯化硅置于反应瓶中，向反应体系滴加19mmol乙醇，之后加入反应溶剂三氯甲烷，保持固含量为3％，待体系搅拌均匀后，将前躯体溶液转移至反应釜中，密封处理；再将反应釜置于烘箱中，在110摄氏度下进行异质缩合反应，反应3天体系发生凝胶化，可得具有一定强度的湿凝胶。(2)向盛有湿凝胶的反应釜中加入适量三氯甲烷，密封后于110摄氏度高温老化5天，以实现湿凝胶骨架的增强。实施例3实施例3与实施例1不同之处在于(1)和(2)，具体如下：(1)在无水条件下(水含量<20ppm)，称取10mmol的无水氯化铝和1mmol正硅酸乙酯置于反应瓶中，向反应体系滴加13mmol乙醚，之后加入反应溶剂四氯化碳，保持固含量为3％，待体系搅拌均匀后，将前躯体溶液转移至反应釜中，密封处理；再将反应釜置于烘箱中，在120摄氏度下进行异质缩合反应，反应2天体系发生凝胶化，可得具有一定强度的湿凝胶。(2)向盛有湿凝胶的反应釜中加入适量四氯化碳，密封后于120摄氏度高温老化2天，以实现湿凝胶骨架的增强。实施例4实施例4与实施例3不同之处在于(1)和(2)，具体如下：(1)在无水条件下(水含量<20ppm)，称取10mmol的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于非水解溶胶凝胶技术的低密度块状氧化铝复合气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)在无水环境中，将氧化铝前驱体、掺杂组元前驱体、氧供体分别加入反应溶剂中，搅拌混合均匀，密封后加热，进行非水解溶胶凝胶异质缩合反应，获得块状湿凝胶；/n2)向含有湿凝胶的反应釜中加入反应溶剂，进行密闭高温老化处理，实现凝胶骨架增强；/n3)采用反应溶剂洗去密闭高温老化处理后的湿凝胶表面的未反应物，之后将其转入超临界干燥釜中干燥，最终得到多组元掺杂的复合氧化铝气凝胶。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于非水解溶胶凝胶技术的低密度块状氧化铝复合气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在无水环境中，将氧化铝前驱体、掺杂组元前驱体、氧供体分别加入反应溶剂中，搅拌混合均匀，密封后加热，进行非水解溶胶凝胶异质缩合反应，获得块状湿凝胶；
2)向含有湿凝胶的反应釜中加入反应溶剂，进行密闭高温老化处理，实现凝胶骨架增强；
3)采用反应溶剂洗去密闭高温老化处理后的湿凝胶表面的未反应物，之后将其转入超临界干燥釜中干燥，最终得到多组元掺杂的复合氧化铝气凝胶。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)包括：依次将氧化铝前驱体和掺杂组元前驱体加入反应溶剂中，再引入化学计量的氧供体，搅拌均匀后，将混合溶液转移至高温反应釜中，密封处理；再将反应釜置于烘箱中，在一定反应温度条件下进行异质缩合反应，高温反应一定时间后体系发生凝胶化，可得具有一定强度的湿凝胶。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化铝前驱体为无水氯化铝或溴化铝；所述掺杂组元前驱体为无水氯化镁、氯化铁、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、氯化硅、氯化镧中的一种或两种；所述氧供体是醚类或醇类有机溶剂。


4...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔德隆，黄红岩，刘晓波，李文静，张凡，杨洁颖，张昊，赵英民，
申请(专利权)人：航天特种材料及工艺技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11