[发明专利]一种超疏水氧化硅气凝胶微粉、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种超疏水氧化硅气凝胶微粉、制备方法及其应用。所述制备方法包括：将硅源、低表面张力有机溶剂、疏水改性剂和碱催化剂混合均匀形成混合溶液，静置形成氧化硅有机凝胶，之后老化；再将所获氧化硅有机凝胶粉碎，而后于常压条件下干燥，获得超疏水氧化硅气凝胶微粉。所述超疏水氧化硅气凝胶微粉具有多孔结构，所述多孔结构中孔洞的孔径为1～50nm，所述超疏水氧化硅气凝胶微粉的比表面积为500～1000m²/g，孔容为0.5～3cm³/g，与水的接触角大于140°，粒径为500nm～50µm。本发明无需任何溶剂置换，工艺简单、生产周期极短、成本低，不仅实现了氧化硅气凝胶微粉的连续化快速生产，而且实现了气凝胶微粉在油水分离和物体表面超疏水改性等领域中的应用。

技术领域

本发明涉及一种氧化硅气凝胶，尤其涉及一种利用常压干燥技术制备具有纳米多孔结构的超疏水氧化硅气凝胶微粉、制备方法及其应用，属于纳米多孔材料技术领域。

背景技术

气凝胶是一种高度多孔性的纳米材料，是目前世界上质量最轻、隔热性能最好的固体材料。由于二氧化硅气凝胶具有高比表面积(400～1500m²/g)、高孔隙率(80～99.8％)、低密度(0.003～0.6g/cm³)和低热导率(0.013～0.038W/mk)等特点，使得二氧化硅气凝胶在耐高温隔热、超低密度、声阻抗耦合、气体吸附和过滤、催化剂载体、药物载体等领域具有非常广阔的应用前景。

目前通常制备氧化硅气凝胶的方法是超临界干燥，例如已公开专利CN102583407A和CN102642842B，都公开了使用超临界干燥制备气凝胶的方法，其通过超临界流体置换掉湿凝胶中的溶剂，最终干燥后能够很好的保持凝胶原有的结构。但是，通常超临界干燥需要用到特殊的设备，且需在高压高温下操作，一方面使用的设备昂贵，且操作困难，成本高；另一方面还存在重大的安全隐患。因此，虽然气凝胶具有以上提及的优异性能，但是由于制备成本太高，从而限制了其在日常生活中的广泛应用。

为此，目前业界研发人员大量研究的重点就着重于降低氧化硅气凝胶的生产成本，例如已公开专利CN101503195、CN102020285A和CN103043673A分别公开了使用常压干燥制备气凝胶的方法：通过多次和多种溶剂交换将凝胶孔道内的液体交换成为低表面张力的溶剂，如正己烷等，再将孔道的表面改性为疏水性，大大减小了凝胶孔道内的毛细管力，从而在干燥的过程中凝胶的收缩很小，这样基本上可以保持原有形态。但是，由于常压干燥需要多次的凝胶孔道溶剂交换和表面疏水化处理，制备周期十分漫长，且操作繁琐，因而很难实现产业化生产。另一方面，即使通过扩大化生产来降低相对成本，或以获得一定的量产，但目前日常生活中依然接触不到这种超级隔热保温材料，原因在于传统的氧化硅气凝胶性脆，容易开裂，因此在实际应用中受到了严重的限制。

为此，一方面进一步减少溶剂置换的次数和置换的时间，不仅能节约大量时间成本，而且能极大地减少有机溶剂的用量；另一方面，解决气凝胶的具体应用方法，才能从根本上发挥其研究价值。因此，如何进一步改进或避免溶剂置换，是本领域研发人员正面临的一个关键科学和技术问题，而如何应用气凝胶，则关系到气凝胶整个研究领域的价值所在。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种超疏水氧化硅气凝胶微粉及制备方法，以克服现有技术中的不足。

本发明的又一目的在于提供前述超疏水氧化硅气凝胶微粉的用途。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种超疏水氧化硅气凝胶微粉的制备方法，包括：

将硅源、低表面张力有机溶剂、疏水改性剂和碱催化剂混合均匀形成混合溶液，并静置，形成氧化硅有机凝胶，然后老化；

将所获氧化硅有机凝胶粉碎，而后直接于常压条件下干燥，获得超疏水氧化硅气凝胶微粉。