[發(fā)明專利]一種塊狀鋯?碳復(fù)合氣凝膠材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510329666.6
• 申請日: 2015-06-15
• 公開（公告）號: CN104986994B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔升;薛俊;沈曉冬;景峰
• 申請（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué);宿遷市南京工業(yè)大學(xué)新材料研究院
• 主分類號: C04B28/00
• 分類號: C04B28/00
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司32218
• 代理人: 徐冬濤,袁正英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米多孔材料的制備工藝領(lǐng)域，涉及一種碳-鋯復(fù)合氣凝熱材料的制備方法。尤其使用一種CO₂超臨界法制備塊狀鋯-碳復(fù)合氣凝膠材料的制備方法。

背景技術(shù)

氣凝膠是一種納米顆粒相互聚集而成的納米多孔材料，具高比表面積和孔隙率，因此在熱學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)等方面都不同于普通固態(tài)材料，是一種具有廣泛用途的輕質(zhì)納米多孔材料。氣凝膠材料具備的高孔隙率可降低固體熱傳導(dǎo)，納米多孔結(jié)構(gòu)可抑制氣體熱傳導(dǎo)，引入的紅外遮光劑可降低輻射傳熱，這使得氣凝膠具有優(yōu)異的隔熱性能，是目前公認(rèn)導(dǎo)熱系數(shù)最低的固體材料。目前國內(nèi)外對碳-硅、碳-鋁體系研究的比較多，對碳-鋯體系復(fù)合氣凝膠的研究還沒有具體報(bào)道。因此塊狀碳-鋯體系氣凝膠的制備與研究對于優(yōu)化材料的性能以及加強(qiáng)材料的應(yīng)用有著深遠(yuǎn)的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種塊狀鋯-碳復(fù)合氣凝膠材料的制備方法，該方法用料和工藝簡單，成本低廉，這種材料在可用于高溫隔熱，以及作為催化載體。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種塊狀鋯-碳復(fù)合氣凝膠材料的制備方法，其具體步驟如下：

(1)將無機(jī)鋯鹽溶解于溶劑中配置得到濃度為0.1mol/L～0.5mol/L無機(jī)鋯鹽溶液，再向溶液中加入聚乙二醇和甲酰胺攪拌均勻，得到ZrO₂溶膠；其中聚乙二醇與無機(jī)鋯鹽的摩爾比為(0.2～1)：1，甲酰胺與無機(jī)鋯鹽的摩爾比為(0.2～1)：1；同時將間苯二酚、甲醛、水、堿性催化劑，按照甲醛：水：間苯二酚的摩爾比為2：(33～55)：1，間苯二酚：堿性催化劑的摩爾比為80～120的比例混合，攪拌均勻得到RF有機(jī)溶膠；

(2)將步驟(1)中得到的ZrO₂溶膠與RF有機(jī)溶膠根據(jù)無機(jī)鋯鹽與間苯二酚的摩爾比為1：(1～4)混合，攪拌均勻后加入環(huán)氧丙烷，再攪拌均勻后置于模具中待其凝膠，得到ZrO₂/RF凝膠；

(3)然后向步驟(2)中模具中凝膠加入老化液，并放入40～70℃的烘箱內(nèi)進(jìn)行老化處理并置換雜質(zhì)離子；

(4)將步驟(3)中老化處理后得到的ZrO₂/RF復(fù)合濕凝膠進(jìn)行超臨界干燥處理，得到塊狀ZrO₂/RF復(fù)合氣凝膠；

(5)將步驟(4)中得到的ZrO₂/RF復(fù)合氣凝膠在氣氛保護(hù)下熱處理，得到塊狀耐高溫碳-鋯氣凝膠材料。

優(yōu)選步驟(1)中所述的溶劑為水與乙醇按照體積比為1：(3～5)配置的混合溶劑。

優(yōu)選步驟(1)中所述的無機(jī)鋯鹽為八水合氧氯化鋯或六水合硝酸氧鋯中的一種或其混合物。

優(yōu)選步驟(1)中的堿性催化劑為無水碳酸鈉、氫氧化鈉、氫氧化鈣或碳酸鉀中的一種。

優(yōu)選步驟(2)環(huán)氧丙烷的加入量為控制環(huán)氧丙烷與無機(jī)鋯鹽的摩爾比為(1～4)：1。

優(yōu)選步驟(3)中所述的老化液為乙醇、正己烷或正硅酸四乙酯中的一種或其混合物；老化處理并置換雜質(zhì)離子的置換次數(shù)為5～10次，每次置換時間為12～24h。

優(yōu)選步驟(4)中所述的超臨界干燥為CO₂超臨界干燥，以CO₂作為干燥介質(zhì)，反應(yīng)溫度為45～60℃，高壓反應(yīng)釜內(nèi)壓強(qiáng)為8～12MPa，干燥時間為8～14h。

優(yōu)選步驟(5)中所述的氣氛為氮?dú)?、氬氣或氦氣中的一種。

優(yōu)選步驟(5)中熱處理溫度為800℃～1500℃，熱處理時間為3～10h。

優(yōu)選步驟(5)制得的氣凝膠材料的表觀密度為0.15～0.6g/cm³，比表面積在330～500m²/g，孔徑分布在5～50nm。

有益效果：

本發(fā)明方法以及由該方法塊狀耐高溫鋯-碳復(fù)合氣凝膠材料具有如下特點(diǎn)：

(1)原料價廉，降低成本。本方法中鋯源選擇的是無機(jī)鋯鹽，摒棄了一般制備過程中采用的有機(jī)醇鋯，而無機(jī)鋯鹽的價格低，極大地降低生產(chǎn)成本。

(2)密度低，該發(fā)明制備的塊狀耐高溫鋯-碳復(fù)合氣凝膠材料密度為0.15～0.6g/cm²，密度大大低于常規(guī)的高溫隔熱材料。

(3)該方法制得的塊狀耐高溫鋯-碳復(fù)合氣凝膠材料，在溶膠凝膠過程中碳反應(yīng)物與鋯反應(yīng)物不是獨(dú)立反應(yīng)，得到的濕凝膠也不是簡單的碳和鋯的混合，而是相互之間反應(yīng)使得濕凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)互相交織，更加牢固。因此氣凝膠成型性好、強(qiáng)度大，可以有很好的用途。