[发明专利]一种气凝胶的干燥方法

说明书

技术领域

本发明涉及气凝胶制备领域，具体涉及一种气凝胶的干燥方法。

背景技术

气凝胶由纳米尺寸的骨架结构和孔结构组成，具有超低密度、超高孔隙率、超高比表面积、超低导热率、超低模量、超低折射率、超低介电常数、超低传声速率等优异的性能，使其在隔热材料、催化剂及催化剂载体、声学阻尼材料、光学器件等领域具有广泛应用前景。

目前，溶胶-凝胶法是一种非常有效的制备氧化物气凝胶材料的方法，而常用的干燥方法是常压干燥法、超临界干燥法以及冷冻干燥法。在常用的干燥方法中，同济大学的甘礼华等人采用将得到的凝胶在60℃下用乙醇浸泡24 h,再以TEOS的乙醇溶液70℃下浸泡4h，再将所得到的凝胶在70℃下恒温干燥72 h,最终可以得到密度为212 kg/m³的气凝胶（甘礼华,陈龙武,张宇星.物理化学学报, 2003, 19(6): 504-508）。挪威科技大学的A. V. Rao等人分别采用甲苯、正己烷、正庚烷和二甲苯等混合溶液作为凝胶干燥溶剂, 分别在70℃，90℃，120℃和180℃下常压干燥24h，制备得到的SiO₂气凝胶。（A. V. Rao, E. Nilsen, Journal of Non-Crystalline Solids, 2001, 296: 165-171）。常压干燥工艺成本较低，但是在干燥过程中由于毛细管力的作用气凝胶结构容易发生收缩、变形和碎裂，使得材料比表面积急剧下降，孔隙率大量减少，而且干燥时间一般较长。同济大学的J. Wang等人以聚二乙氧基硅氧烷为硅源制备凝胶,以三甲基氯硅烷和六甲基二硅氧烷为疏水改性剂，通过超临界干燥制备疏水SiO₂气凝胶（Wang J., Shen J., Chen L.Y. Journal of Non-Crystalline Solids, 2000, 271: 100-105）。超临界干燥使用的器具为高压釜，高压釜的密闭性要求高。通常超临界干燥工艺需要的实验周期相对较长、产量较低、成本较高，危险性大, 难以进行连续性及大规模化生产，一般用来制备要求较严格的产品。厦门大学的高丽珍等人以正硅酸乙酯(TEOS ) 为原料, 水和乙醇为溶剂, 盐酸和氨水为催化剂, 将老化后的凝胶在冰箱中于- 5℃冷冻一周, 再在 40℃抽空干燥 2 天, 即可得到干凝胶（高丽珍，汤皎宁等，无机化学学报，1998，14（3）：292-297）。为了减少在凝固过程中由于溶剂膨胀而造成的凝胶结构破坏，通常需要将溶剂置换成膨胀系数较低的溶剂，耗时耗力。

发明内容

本发明针对现有技术的上述问题，提供一种气凝胶的干燥方法。

本发明提供的技术方案是一种气凝胶的干燥方法，它的主要步骤为：将湿凝胶在放在干燥炉内，在气氛流通条件下，控制干燥温度以及干燥时间，待凝胶内部的溶剂挥发完全后即可得到气凝胶。

上述的干燥方法中，所述湿凝胶干燥过程中，干燥炉内气氛为空气或者惰性气体。

上述的干燥方法中，所述无机凝胶为氧化硅凝胶，氧化锆凝胶，氧化铝凝胶，氧化铁凝胶，氧化镍凝胶，氧化钛凝胶，氧化钨凝胶，氧化锡凝胶中的至少一种。

上述的干燥方法中，所述凝胶中可掺杂短切纤维、纤维毡、纳米颗粒、纳米线、石墨烯或碳纳米管，且掺杂量可以为所述凝胶的0%~40%，所述短切纤维具体可以为玻璃纤维、莫来石纤维、碳纤维中的至少一种。纤维毡为玻璃纤维毡、莫来石纤维毡、碳纤维毡中的至少一种。

与现有技术相比，本发明在高温状态下对湿凝胶进行处理，大大降低了毛细管力对湿凝胶骨架结构的作用，可有效保持湿凝胶的骨架及孔结构，如果温度过低，溶剂挥发速率小，无法起到降低毛细管力的作用；另外由于高温干燥时间极短，这样就避免了气凝胶在高温条件发生的坍塌以及烧结。同时在惰性气氛下进行干燥可以避免有机溶剂高温状态下燃烧造成凝胶结构的烧结。

本发明提供的干燥方法可以用于制备氧化硅凝胶，氧化锆凝胶，氧化铝凝胶，氧化铁凝胶，氧化镍凝胶，氧化钛凝胶，氧化钨凝胶，氧化锡凝胶等无机气凝胶，该方法制得的无机气凝胶，具有开阔的三维网络状结构，粒子簇之间的空隙较大，比表面积较大，而且工艺简单，成本低廉，效率高，易于操作，可用于多种类型气凝胶的制备，易于大规模连续性生产。

附图说明

图1是实施例1制备得到的二氧化硅的SEM照片；

图2实施例1制备得到的二氧化硅气凝胶的氮气等温吸附脱附曲线；