[发明专利]一种球形二氧化硅气凝胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种球形二氧化硅气凝胶的制备方法，该方法包括以下步骤：1）二氧化硅溶胶的配制；所述二氧化硅湿凝胶的原料包括：硅源前驱体、溶剂、水解催化剂和缩聚催化剂；2）球形二氧化硅湿凝胶的形成；3）形成的球形二氧化硅湿凝胶的洗涤；4）洗涤后的球形二氧化硅湿凝胶的溶剂置换；5）溶剂置换后的球形二氧化硅湿凝胶的表面改性；6）表面改性后的球形二氧化硅湿凝胶的超临界干燥。本发明操作简单，且可连续化生产，较别的方法制备的气凝胶尺寸更大，更均匀，且采用超临界CO₂干燥，生产周期短，无溶剂污染，更有利于产业化生产。

技术领域

本发明涉及一种球形二氧化硅气凝胶的制备方法,属于化工材料技术领域。

背景技术

球形二氧化硅气凝胶是外观为球形的纯二氧化硅气凝胶，不仅具备二氧化硅气凝胶的所有特性和用途，而且因其具有的特殊球形形貌，在水污染吸附剂、工业催化剂载体等领域有广阔的应用前景。可作为填充柱小球或色谱柱小球，解决实际应用中某些材料填充不均匀的问题，在印染废水处理中，可快速吸附水中有机染料，为环境保护做出贡献。

2000年，美国卡博特公司申请的专利CN1258228A近球形液凝胶和气凝胶的制备方法中提到用水玻璃为原料制备二氧化硅近球形气凝胶，虽然降低了原料成本，但气凝胶的外形规整度差。又如广州大学申请的专利CN 103787343 A中，虽然采用超疏水表面获得了微球形气凝胶，但该球形气凝胶尺寸均在几十微米，肉眼并不能分辨出是球形结构。

发明内容

本发明的目的在于提供外形规整、肉眼可见级别的一种球形二氧化硅气凝胶的制备方法，解决实际应用中某些材料填充不均匀的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明的一种球形二氧化硅气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

1）二氧化硅溶胶的配制；所述二氧化硅湿凝胶的原料包括：硅源前驱体、溶剂、水解催化剂和缩聚催化剂；

2）球形二氧化硅湿凝胶的形成；

3）形成的球形二氧化硅湿凝胶的洗涤；

4）洗涤后的球形二氧化硅湿凝胶的溶剂置换；

5）溶剂置换后的球形二氧化硅湿凝胶的表面改性；

6）表面改性后的球形二氧化硅湿凝胶的超临界干燥。

前述方法中，所述硅源前驱体包括正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、三甲基氯硅烷中的一种或两种以上混合物；所述水解催化剂包括盐酸、草酸、硝酸、硫酸、醋酸，所述缩聚催化剂包括氨水、碳酸铵、碳酸氢铵中的一种或两种以上的组合；所述溶剂包括工业甲醇、乙醇、丁醇、质量分数96%以上的直链醇中的一种或两种以上的组合。

前述方法中，溶胶配制是指正硅酸乙酯、工业甲醇、水以及催化剂按照1：（2～6）：（0.012～0.016）:（0.0132～0.0140）的体积比配制而成，然后在50℃条件下搅拌反应2小时。

前述方法中，球形湿凝胶的形成是指按照正硅酸乙酯：缩聚催化剂=1:（0.06～0.08）的体积比，将氨水缓慢滴加到溶胶中，搅拌均匀后，再将混合液一滴一滴地滴加到装有二甲基硅油的容器中；在混合液滴下沉过程中，形成球形液滴，凝胶后便得到球形湿凝胶小球，收集在容器底部。

前述方法中，球形湿凝胶的洗涤是指将容器底部的凝胶小球过滤出来，然后用乙醇冲洗3次，每次2分钟，接着用丙酮浸泡洗涤3次，每次30分钟，最后用乙醚浸泡洗涤3分钟即可。

前述方法中，球形湿凝胶的溶剂置换是指用甲醇浸泡洗涤后的凝胶小球，浸泡时间为24小时，隔12小时更换一次甲醇。