技术领域
[0001] 本发明涉及一种基于水热溶剂置换的气凝胶制备方法，本发明尤其是涉及一种在水热条件下对无机氧化物水凝胶中的水进行溶剂置换，最后干燥即可得到气凝胶的方法。
相关背景技术
[0002] 气凝胶是由Kistler发明的。Kistler首先合成二氧化硅水凝胶，再通过与水互溶的有机溶剂将二氧化硅水凝胶中的水置换为有机溶剂，最后通过超临界干燥得到二氧化硅气凝胶。
[0003] 然而，常温条件下采用与水互溶的有机溶剂对水凝胶中的水进行置换需要消耗大量的有机溶剂，例如乙醇，且极为耗时。此外，乙醇的除水再利用的能耗是相当巨大的，且干燥必须采用超临界法才能得到几乎不收缩的气凝胶。因此，目前工业上制备气凝胶几乎没有直接采用Kistler的初始方法来准备有机溶剂凝胶了。
[0004] Kistler之所以不采用不与水互溶的有机溶剂(例如正丁醇)对水进行置换，是因为有机溶剂的水相和有机相的界面张力仍然会导致凝胶在溶剂置换过程中因为毛细管力而收缩。即使正丁醇的水相和有机相的界面张力在常压下可低于1.5mN/m，远远低于水(约72mN/m)，甚至也远远低于乙醇(约22mN/m)，其界面张力仍然会在置换过程中导致凝胶大幅收缩，且这种收缩是不可逆的。实际上，想要让凝胶在置换过程几乎不收缩，界面张力需要低于0.1mN/m。然而，正丁醇并不是在所有温度条件下都与水不互溶，高于临界共溶温度约
125℃时，正丁醇是可以与水共溶的。
[0005] 本发明希望利用醇的临界共溶温度，提出一种成本相对较低、质量稳定的气凝胶制备新方法。
具体实施方式
[0027] 将稀释后的钠水玻璃(模数3.3)通过稀硫酸中和得到硅溶胶，然后用水将硅溶胶稀释至二氧化硅含量约60g/L。硅溶胶静置凝胶、陈化。凝胶再用去离子水洗涤至洗水导电率小于200μS/cm后，即可得到6wt％的二氧化硅水凝胶。
[0028] 实施例1
[0029] 将含有6wt％的二氧化硅水凝胶颗粒(3‑5mm)，室温浸泡在1mol/L的盐酸之中24小时。然后将酸性二氧化硅水凝胶放入一个密闭容器，升温至130℃。然后，向密闭容器中倒入130℃的含水量为20wt％的正丁醇溶液。12小时后排空正丁醇溶液。这次排出的正丁醇溶液降至常温后出现分层。
[0030] 然后再向密闭容器中倒入130℃含水量为1wt％的正丁醇，并且保温130℃ 12小时。之后通过排出正丁醇和水的混合蒸汽，慢慢将密闭容器内的压力降至常压。降至常压后再次关闭密闭容器，并升温至215℃，并保温1小时。
[0031] 干燥阶段，先保持1.4Mpa的压力排出密闭容器中的大部分液体，进行亚临界干燥。然后压力慢慢降至常压，最后真空干燥密闭容器内的气凝胶。
[0032] 所得到的气凝胶具有超疏水性。如将所得气凝胶放置沸水中30分钟，气凝胶会沉入水中；如将所得气凝胶500℃烘烤1小时，气凝胶具有良好的吸水性。
[0033] 对比实施例1
[0034] 将含有6wt％的二氧化硅水凝胶圆片(厚度10mm，直径75mm)，室温浸泡在大量无水正丁醇中。7天之后，凝胶碎裂成小于10mm的颗粒，线性收缩率约为20％。
[0035] 实施例2
[0036] 将含有6wt％的二氧化硅水凝胶颗粒(3‑5mm)，室温浸泡在1mol/L的盐酸之中24小时。然后将酸性二氧化硅水凝胶放入一个密闭容器，升温至130℃。然后，向密闭容器底部连续注入130℃的含水量为1wt％的正丁醇溶液，并同时排出正丁醇和水的混合蒸汽。当密闭容器内绝对压力小于1.5个大气压时，停止排出混合蒸汽，并保温1小时，最后降至常温。
[0037] 得到的凝胶在250℃的常压条件下热风干燥，干燥过程凝胶无明显收缩。所得到的气凝胶具有良好的吸水性。
[0038] 对比实施例2
[0039] 将含有6wt％的二氧化硅水凝胶圆片(厚度10mm，直径75mm)，升温至93℃，然后将凝胶圆片浸泡在93℃的20wt％的正丁醇溶液，常压共沸蒸馏除水。当蒸馏出的气体达到118℃时停止加热。凝胶碎裂成小于10mm的颗粒，线性收缩率约为30％。
[0040] 得到的凝胶在250℃的常压条件下热风干燥，干燥过程凝胶颗粒无明显收缩。所得到的气凝胶具有良好的吸水性。
[0041] 对比实施例3
[0042] 将凝胶pH值为6，含有6wt％的二氧化硅水凝胶颗粒(3‑5mm)浸泡在pH值为6的水中，密封在水热反应釜中，加热至130℃，并保温8小时。降至常温后，打开反应釜，发现原有3‑5mm颗粒均碎裂成小于0.5mm的颗粒，表观为浆糊状物体。
[0043] 实施例4
[0044] 将含有6wt％的二氧化硅的硅溶胶倒入1cm厚的玻璃纤维毡中，然后静置等待凝胶和陈化。复合凝胶浸泡在1mol/L的盐酸之中24小时之后，将复合凝胶放入密闭容器，并加热至130℃。然后，向密闭容器底部连续注入130℃的含水量为1wt％的正丁醇溶液，并同时排出正丁醇和水的混合蒸汽。当密闭容器内绝对压力小于1.5个大气压时，停止排出混合蒸汽，并保温1小时，最后继续排出混合蒸汽，直至密闭容器内降至常压。
[0045] 降至常压之后，向密闭容器一边通入200℃不饱和水蒸气，同时一边排出混合气体，保持30分钟。最后取出复合材料，并将复合材料在350℃的常压条件下热风干燥。最后得到亲水气凝胶复合材料。
[0046] 以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
