專利名稱：：微波反應(yīng)制得的具有氣凝膠特性的SiO₂納米級(jí)多孔材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是涉及一種制備二氧化硅多孔材料及其制備工藝，屬于功能材料制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：Si02氣凝膠是一種新型納米多孔超級(jí)隔熱材料，具有粉末狀和塊狀，是一種低密度納米多孔非晶態(tài)材料，其典型的結(jié)構(gòu)為由納米尺度的球形顆粒堆積在一起的，顆粒之間有孔隙(參考圖1至圖4，圖6)。由于二氧化硅氣凝膠內(nèi)含納米尺度的顆粒及孔隙結(jié)構(gòu)(1100nm),固態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)單元尺寸為1200nm,典型孔洞尺寸為1100nm,具有極大的比表面積(5001200m2/g)、很高孔隙率(80%99.8%)、很低的密度(1500kg/nO和很低的導(dǎo)熱系數(shù)(0.02Wm'V1)等特點(diǎn)，在力學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等諸方面均顯示獨(dú)特的性質(zhì)，在保溫隔熱材料、光學(xué)方面、電學(xué)方面、聲阻抗耦合材料、催化、藥物載體、環(huán)境保護(hù)等方面有廣泛的用途。同時(shí)由于二氧化硅氣凝膠是由納米級(jí)尺寸的顆粒堆積而成，因此其強(qiáng)度很低，容易破碎，從而限制了其用途?，F(xiàn)有技術(shù)制備Si02氣凝膠所采用的原料主要是以下三種:硅源、溶劑、催化劑。上述硅源典型的是硅質(zhì)原料有水玻璃、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、多聚硅氧烷、硅溶膠等，主要為有機(jī)硅氧烷或無機(jī)硅原料。上述溶劑主要是醇類、烴類和酮類,包括甲醇、乙醇、異丁醇、丙酮等；上述催化劑主要是一些無機(jī)酸或堿,如氫氟酸、鹽酸、氨水等。以上原料通過凝膠制備、凝膠陳化、凝膠干燥三個(gè)過程，制備出Si02氣凝膠?，F(xiàn)有技術(shù)中常見的制備工藝流程參見圖8。硅凝膠通過溶膠一凝膠法制備，一般通過對(duì)含硅溶液的催化水解制備。根據(jù)制備的分散介質(zhì)可分為水溶膠、醇溶膠。凝膠陳化是指溶膠在母液中陳化一段時(shí)間，以強(qiáng)化其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以將干燥過程中的收縮最小化。干燥過程要去除溶膠納米孔隙結(jié)構(gòu)中的溶劑，同時(shí)要保障孔結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，因此需要特殊干燥工藝。以往的研究中，主要研究重點(diǎn)放在硅凝膠干燥的過程，要保證凝膠中形成的納米結(jié)構(gòu)和納米孔隙在干燥過程中不被破壞，濕凝膠中納米孔隙內(nèi)含有的溶劑需要以合適的方式離開凝膠，盡量避免毛細(xì)結(jié)構(gòu)中溶劑表面張力過大破壞納米孔隙的現(xiàn)象發(fā)生。常用的干燥工藝主要包括超臨界干燥、溶劑替換常壓干燥。(1)超臨界干燥分為高溫超臨界干燥、低溫超臨界干燥。高溫超臨界干燥是指醇凝膠溶劑(例如乙醇)的超臨界流體干燥。以乙醇超臨界干燥為例，乙醇的超臨界狀態(tài)T(^241.15'C，Pc=6.38MPa。低溫超臨界干燥指的是干燥前用超臨界點(diǎn)比較接近室溫的流體代替凝膠原有溶劑，再進(jìn)行超臨界干燥。C02超臨界干燥是最常用的低溫超臨界干燥流體，C02的超臨界狀態(tài)溫度Tc-31.2'C和Pc^7.38Mpa。一般情況下，需要將二氧化碳的溫度控制在40'C,壓力100bar，維持一段時(shí)間，將溶劑(如乙醇、丙酮等)替換出來，慢慢調(diào)節(jié)至常溫常壓，完成干燥過程。無論是哪一種超臨界干燥工藝都存在需要高壓的設(shè)備，能耗大，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)，制造成本昂貴。(2)常壓干燥主要在緩慢改變的溫度梯度下，常壓狀態(tài)下干燥凝膠。但因?yàn)槟z中含有大量的溶劑和水，其表面張力較大，蒸發(fā)過程容易導(dǎo)致氣凝膠內(nèi)部的納米孔隙結(jié)構(gòu)的塌陷。因此，干燥之前需要用表面張力小的溶劑替換減少凝膠開裂。但是溶劑替換過程往往需要1日到數(shù)日時(shí)間，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，且所用替換用的有機(jī)溶劑增加了生產(chǎn)成本或?qū)Νh(huán)境造成一定的污染。按照上述現(xiàn)有技術(shù)制造的二氧化硅氣凝膠其成本較高，通常高達(dá)每公斤上千美元。本發(fā)明的目的旨在克服現(xiàn)有二氧化硅氣凝膠強(qiáng)度低、制造成本昂貴的缺點(diǎn)，提供一種技術(shù)性能與現(xiàn)有技術(shù)制備的二氧化硅氣凝膠的技術(shù)性能相當(dāng)，而成本較低的二氧化硅納米級(jí)多孔材料和制備方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種新型的具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料以及制備方法。該制備方法的核心內(nèi)容是在二氧化硅氣凝膠的通用制備工藝中增加了一道微波處理工藝，得到了一種與現(xiàn)有二氧化硅氣凝膠有完全不同的微觀機(jī)構(gòu)的新型二氧化硅納米級(jí)多孔材料。該制備工藝的反應(yīng)條件容易實(shí)現(xiàn)，生產(chǎn)周期短，成本低，制備工藝操作簡(jiǎn)便，且產(chǎn)物性能穩(wěn)定，微觀結(jié)構(gòu)容不易破壞，且所得二氧化硅納米級(jí)多孔材料的比表面積很大，技術(shù)性能達(dá)到或超過了現(xiàn)有的Si02氣凝膠生產(chǎn)工藝所得到的二氧化硅氣凝膠的技術(shù)性能。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案為微波反應(yīng)制得的具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料,所述納米級(jí)多孔材料由二氧化硅骨架和泡狀納米級(jí)孔隙組成，泡狀納米級(jí)孔隙分布在二氧化硅骨架之間。進(jìn)一步，所述泡狀納米級(jí)孔隙是指氣泡破裂形成的孔隙和/或氣泡尚未破裂形成的孔隙的混合體。所述二氧化硅骨架是被泡狀納米級(jí)孔隙鏤刻后形成的空間三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明微波反應(yīng)制得的具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料的制備工藝，包括了二氧化硅溶膠制備、濕凝膠制備、母液陳化、常壓干燥四個(gè)步驟。所述二氧化硅溶膠制備采用了以下工藝A.含有有機(jī)硅氧烷，有機(jī)溶劑，水，酸催化劑的原料；B.所述原料按特定比例在容器中混合；C.混合的同時(shí)經(jīng)過微波輻照發(fā)生水解縮聚反應(yīng)或混合后的混合物經(jīng)過微波輻照發(fā)生水解縮聚反應(yīng)。進(jìn)一步，所述有機(jī)硅氧垸選自正硅酸甲酯(Tetramethoxysilane)、正硅酸乙酯(Tetraethoxysilane)、甲基三乙氧基硅烷(Methyltriethoxysilane)、甲基三甲氧基硅烷(Methyltrimethoxysilane)、二甲基二乙氧基硅烷(Dimethyldiethoxysilane)、氨丙基三乙氧基硅烷(Aminopropyltriethoxysilane)、正辛基三乙氧基硅烷(N-octyltriethoxysilane)、聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane)聚二乙氧基硅氧烷(Polydiethoxysiloxane)、聚乙氧基硅烷(Polyethoxydisiloxane)、全氟烷基硅氧烷(Perfluoroaklysilane)等。所述有機(jī)溶劑選自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等低級(jí)醇或正庚烷、戊烷、己垸、辛烷、環(huán)己烷、丙酮、環(huán)己酮等。所述酸催化劑選自氫氟酸、硝酸、硫酸、鹽酸、磷酸、醋酸、檸檬酸、酒石酸等。進(jìn)一步，所述特定比例是指組份間的摩爾比，其中A.有機(jī)硅氧烷與水的比例在h31:20之間，其最佳值在l:41:10之間；B.有機(jī)溶劑能使有機(jī)硅氧垸與水互溶，'有機(jī)硅氧烷與有機(jī)溶劑的比例在l:11:30之間，其最佳值在h31:10之間；C.酸催化劑用于調(diào)節(jié)混合物的pH值，使混合物的pH值在17，其pH值的最佳值在25之間。所述微波輻照的功率為每毫升混合物微波輻照的功率在0.1W100W瓦之間，其作用時(shí)間為l秒l小時(shí)，其最佳值是每毫升混合物微波輻照的功率在0.5W~3.5W之間，其作用時(shí)間為2min30min。本發(fā)明還公開了一種制備具有氣凝膠特性的疏水性Si02納米級(jí)多孔材料的方法，所述原料中含有疏水試劑；將疏水試劑與有機(jī)硅氧烷、有機(jī)溶劑、水、酸催化劑一起混合，混合的同時(shí)經(jīng)過微波輻照發(fā)生水解縮聚反應(yīng)和疏水改性反應(yīng)，或混合后的混合物經(jīng)過微波輻照發(fā)生水解縮聚反應(yīng)和疏水改性反應(yīng)，制備疏水性濕凝膠；或是含有機(jī)官能團(tuán)的疏水試劑的醇溶液浸泡己經(jīng)制備好的親水性濕凝膠。上述兩種方法制備的濕凝膠經(jīng)過母液陳化，常壓干燥處理得到本發(fā)明之微波反應(yīng)制得的具有氣凝膠特性的疏水性Si02納米級(jí)多孔材料。進(jìn)一步，所述疏水試劑是含有機(jī)官能團(tuán)的疏水試劑。所述含有機(jī)官能團(tuán)的疏水試劑是RnSiX4—11型(11=1-3，R=CH3，<:2115或phenyl等，X=OCH3，OC2H5，或Cl等)的有機(jī)硅化合物，可作為共聚物或衍生改性劑?？梢允侨谆裙枸⒍谆裙枸扔袡C(jī)氯硅烷或六甲基二硅氮烷(HMDZ)、六甲基二硅氧烷(HMDSO)、八甲基環(huán)四硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅垸等硅垸偶聯(lián)劑。本發(fā)明提供一種微波反應(yīng)制得的具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料及其制備方法，由于采用了微波輻照工藝，制造了大量微氣泡，在二氧化硅的基體上形成了大量的納米級(jí)泡狀孔隙，同時(shí)由于保留了二氧化硅空間骨架，因而不僅得到了極大的比表面積的二氧化硅多孔材料，而且有更高的強(qiáng)度。此外，因無需二氧化碳超臨界干燥工藝，故大幅度減低了生產(chǎn)成本。本制備方法的特點(diǎn)是微波水解聚合反應(yīng)生成二氧化硅氣凝膠。微波水解聚合反應(yīng)和傳統(tǒng)加熱聚合方式相比，微波加熱是一種獨(dú)特的分子內(nèi)加熱方式，是極性分子接受微波輻射能量后,通過分子偶極高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生內(nèi)熱效應(yīng)，并存在某些特定的非熱效應(yīng)的影響，有效地促進(jìn)了硅氧硅化學(xué)鍵的聚合，同時(shí)微波導(dǎo)致了膠體內(nèi)部產(chǎn)生了大量的納米級(jí)氣泡，在后續(xù)的陳化和常壓千燥過程中，大量的納米級(jí)氣泡破裂和保留、聚集，形成了獨(dú)特的納米級(jí)泡狀孔隙，并由納米級(jí)泡狀孔隙鏤刻形成了二氧化硅骨架，最終形成了納米級(jí)泡狀孔隙與二氧化硅骨架相結(jié)合的獨(dú)特顯微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明之微波反應(yīng)制得的具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料可以廣泛地用作隔音材料、隔熱材料；以及塑料、樹脂等高分子材料的添加劑，用于改善塑料、樹脂等高分子材料的隔熱、隔音效果；同時(shí)也可以用于水泥等建筑材料的添加劑，用于提高水泥等建筑材料的隔熱、隔音性能，還可以與各種粘結(jié)劑組合成各種旨在提高隔熱、隔音性能的涂料；在航空航天、日常生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等方面有廣泛用途。圖1現(xiàn)有技術(shù)制造的Si02氣凝膠的顯微結(jié)構(gòu)圖。圖2現(xiàn)有技術(shù)制造的Si02氣凝膠的顯微結(jié)構(gòu)圖。圖3現(xiàn)有技術(shù)制造的Si02氣凝膠的顯微結(jié)構(gòu)圖。圖4現(xiàn)有技術(shù)制造的Si02氣凝膠的顯微結(jié)構(gòu)圖。圖5本發(fā)明之微波反應(yīng)制得的具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料的顯微結(jié)構(gòu)圖。圖6現(xiàn)有技術(shù)制造的Si02氣凝膠的顯微結(jié)構(gòu)示意圖。圖7本發(fā)明之微波反應(yīng)制得的具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料的顯微結(jié)構(gòu)示意圖。圖8本發(fā)明之微波反應(yīng)制得的具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料的工藝流程圖。圖9現(xiàn)有技術(shù)制造的Si02氣凝膠的工藝流程圖。上述圖中，l為二氧化硅骨架，2為泡狀納米級(jí)孔隙；10為納米尺度的球形SiO2顆粒，11為球形Si02顆粒之間有孔隙。具體實(shí)施例方式實(shí)施例l:對(duì)二氧化硅溶膠進(jìn)行微波輻照處理制得的具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料依據(jù)本發(fā)明之技術(shù)方案，以有機(jī)硅氧垸，有機(jī)溶劑，水，酸催化劑為原料制造本發(fā)明之微波反應(yīng)型具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料。其中有機(jī)硅氧烷選自正硅酸甲酯(Tetramethoxysilane)、正硅酸乙酯(Tetraethoxysilane)、甲基三乙氧基硅'烷(Methyltriethoxysilane)、甲基三甲氧基硅'烷(Methyltrimethoxysilane)、二甲基二乙氧基硅垸(Dimethyldiethoxysilane)、氨丙基三乙氧基硅垸(Aminopropyltriethoxysilane)、正辛基三乙氧基硅烷(N-octyltriethoxysilane)、聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane)聚二乙氧基硅氧烷(Polydiethoxysiloxane)、聚乙氧基硅烷(Polyethoxydisiloxane)、全氟烷基硅氧烷(Perfluoroaklysilane)等。有機(jī)溶劑選自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等低級(jí)醇或正庚烷、戊烷、己烷、辛烷、環(huán)己垸、丙酮、環(huán)己酮等。酸催化劑選自氫氟酸、硝酸、硫酸、鹽酸、磷酸、醋酸、檸檬酸、酒石酸等。另外，有機(jī)硅氧烷，有機(jī)溶劑，水，酸催化劑4個(gè)組份間的摩爾比，符合以下規(guī)律，其中A、有機(jī)硅氧垸與水的比例在1:3l:20之間，其最佳值在1:41:10之間；B、有機(jī)溶劑能使有機(jī)硅氧垸與水互溶，有機(jī)硅氧烷與有機(jī)溶劑的比例在1:11:30之間，其最佳值在1:31:10之間；C、酸催化劑用于調(diào)節(jié)混合物的pH值，使混合物的pH值在17，其pH值的最佳值在25之間。具體而言，在本實(shí)施例中，有機(jī)硅氧烷選自用正硅酸乙酯(Tetraethoxysilane)，有機(jī)溶劑選用乙醇，酸催化劑選用鹽酸，水選用蒸餾水。各組分之間的摩爾比為有機(jī)硅氧烷有機(jī)溶劑水=1:3:6按照上述摩爾比將正硅酸乙酯、乙醇、水配比，攪拌、混合，并加入適量鹽酸使混合液的pH值調(diào)整到pH值二4，即得到二氧化硅溶膠。將得到的二氧化硅溶膠放置在微波反應(yīng)器中反應(yīng)。微波輻照的功率為按照以下規(guī)律每毫升混合物微波輻照的功率在0.1W100W瓦之間，其作用時(shí)間為l秒~l小時(shí)，其最佳值是每毫升混合物微波輻照的功率在0.5W3.5W之間，其作用時(shí)間為2min30inin。具體到本實(shí)施例，微波加熱反應(yīng)溫度控制在50'C53'C，微波加熱反應(yīng)時(shí)間20min。輻照150ml的混合液時(shí)，微波反應(yīng)器的功率設(shè)定在300W。微波輻照結(jié)束后，將產(chǎn)物倒入燒杯，加入氨水(堿催化劑)制成二氧化硅濕凝膠，用無水乙醇陳化24小時(shí)，常壓干燥制得透明塊狀固體，即得到了本發(fā)明之微波反應(yīng)制得的具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料。經(jīng)過檢測(cè)，本實(shí)施例得到的本發(fā)明之微波反應(yīng)制得的具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料的比表面積為1092mVg，孔徑分布在2.020nm。其顯微結(jié)構(gòu)在電子顯微鏡下呈現(xiàn)為本發(fā)明之微波反應(yīng)制得的具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料的獨(dú)特的顯微結(jié)構(gòu)，即由二氧化硅骨架(1)和泡狀納米級(jí)孔隙(2)組成，泡狀納米級(jí)孔隙(2)分布在二氧化硅骨架(1)之間。大量的泡狀納米級(jí)孔隙(2)是因微波的內(nèi)熱反應(yīng)而形成的極其細(xì)小的氣泡的不斷爆破而形成的獨(dú)特形貌——納米級(jí)泡狀孔隙(2)鏤刻二氧化硅基體為二氧化硅骨架(1)，最終形成了納米級(jí)泡狀孔隙(2)與二氧化硅骨架(1)相結(jié)合的獨(dú)特三維立體多孔顯微結(jié)構(gòu)。參考圖5和圖7。本發(fā)明之微波反應(yīng)制得的具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料，隔音、隔熱效果好，成本便宜，可以廣泛地用作隔音材料、隔熱材料；以及塑料、樹脂等高分子材料的添加劑，用于改善塑料、樹脂等高分子材料的隔熱、隔音性能；同時(shí)也可以用于磚、瓦、石膏板、水泥等建筑材料的添加劑，用于提高水泥等建筑材料的隔熱、隔音性能，還可以與各種粘結(jié)劑組合成各種旨在提高隔熱、隔音性能的涂料；在航空航天、日常生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等方面有廣泛用途。實(shí)施例2:對(duì)混合和微波輻照同步反映制得的具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，其不同點(diǎn)在于有機(jī)硅氧垸，有機(jī)溶劑，水，酸催化劑這4個(gè)組份一邊在微波反應(yīng)器中攪拌、混合，同時(shí)進(jìn)行微波輻照，反應(yīng)后直接得到經(jīng)過微波輻照的二氧化硅溶膠。加入堿催化劑，得到二氧化硅濕凝膠。再用無水乙醇陳化24小時(shí)，常壓干燥制得透明塊狀固體，即得到了本發(fā)明之微波反應(yīng)制得的具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料。具體而言，將正硅酸乙酯、乙醇、水，按照1:4:4的摩爾比配比好，加入適量鹽酸使混合液的pH值調(diào)整到pH值:4.6，將混合液放置在微波反應(yīng)器中，一邊攪拌、混合，一邊進(jìn)行微波輻照。微波加熱反應(yīng)溫度控制在60'C土rC，微波加熱反應(yīng)時(shí)間10min。輻照150ml的混合液時(shí)，微波反應(yīng)器的功率設(shè)定在300W。微波輻照結(jié)束后，將產(chǎn)物倒入燒杯，加入堿催化劑(選用氨水)制成二氧化硅濕凝膠，用無水乙醇陳化24小時(shí)，常壓干燥制得透明塊狀固體，即得到了本發(fā)明之微波反應(yīng)制得的具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料。經(jīng)過檢測(cè)，本實(shí)施例得到的本發(fā)明之微波反應(yīng)制得的具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料的比表面積為1083mVg，孔徑分布在L525ran。其顯微結(jié)構(gòu)在電子顯微鏡下呈現(xiàn)為本發(fā)明之微波反應(yīng)制得的具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料的獨(dú)特的顯微結(jié)構(gòu)，即由二氧化硅骨架(1)和泡狀納米級(jí)孔隙(2)組成，泡狀納米級(jí)孔隙(2)分布在二氧化硅骨架(1)之間。參考圖5和圖7。實(shí)施例3:微波輻照工藝對(duì)比表面積的影響本實(shí)施例的技術(shù)方案與實(shí)施例1基本相同，僅僅是在微波輻照工藝參數(shù)不同。其主要原材料，有機(jī)硅氧烷選用正硅酸乙酯(Tetraethoxysilane)，有機(jī)溶劑選用乙醇，酸催化劑選用硫酸，水選用蒸餾水。配料的組份的特定比例"有機(jī)硅氧垸有機(jī)溶劑水"詳見表l，加入適量硫酸使混合液的PH值調(diào)整到pH值=5?；旌弦旱目傮w積為150ml，微波反應(yīng)器的功率設(shè)定在300W。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表l。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同的微波輻照工藝，得到了不同比表面積的本發(fā)明之微波反應(yīng)制得的具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料，根據(jù)微波輻照工藝的不同，其比表面積在778.36m7g至1025.27mVg之間，最大值與最小值之間相差246.91m2/g，最大值比最小值高出31.72%。由此可以見得，微波輻照工藝對(duì)于本發(fā)明之具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料中的泡狀納米級(jí)孔隙(2)的形成、分布、形貌等有重大影響，從而也影響了二氧化硅骨架(1)的空間結(jié)構(gòu)；間接影響材料的隔音性能、隔熱性能和材料強(qiáng)度。當(dāng)然，影響本發(fā)明之具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料的比表面積的還包括原材料的配比比例，混合液的pH值、后處理工藝等，但微波輻照工藝是關(guān)鍵因素之一。<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>實(shí)施例4:本發(fā)明之疏水性微波反應(yīng)制得的具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料的制備本實(shí)施例的基本方法同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于將微波輻照后的二氧化硅凝膠倒入燒杯，加入氨水(選用作為堿催化劑)制成二氧化硅濕凝膠，用無水乙醇陳化24小吋，再加入三甲基氯硅烷、環(huán)己烷和無水乙醇配制的改性劑(作為含有機(jī)官能團(tuán)的疏水試劑)，疏水改性24h，常壓干燥制得透明塊狀本發(fā)明之疏水性微波反應(yīng)制得的具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料，其達(dá)到比表面積967m7g,孔徑1.015nm。制造本發(fā)明之疏水性微波反應(yīng)制得的具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料的另外一種制備方法是將作為含有機(jī)官能團(tuán)的疏水試劑的三甲基氯硅烷添加在原料有機(jī)硅氧烷，有機(jī)溶劑，水，酸催化劑的母液中，混合均勻，然后進(jìn)行微波輻照反應(yīng)，制得二氧化硅凝膠。將微波輻照后的二氧化硅凝膠倒入燒杯，加入氨水(選用作為堿催化劑)制成二氧化硅濕凝膠，用無水乙醇陳化24小時(shí)，常壓干燥制得透明塊狀本發(fā)明之疏水性微波反應(yīng)制得的具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料，其達(dá)到比表面積8501200m7g，孔徑1.030nm0此外，含有機(jī)官能團(tuán)的疏水試劑是RnSiX4—n型(『l-3，R=CH3，0^5或phenyl等，X=OCH3,OC2H5，或C1等)的有機(jī)硅化合物，可作為共聚物或衍生改性劑。可以是三甲基氯硅烷、二甲基二氯硅垸等有機(jī)氯硅垸或六甲基二硅氮垸(HMDZ)、六甲基二硅氧烷(HMDSO)、八甲基環(huán)四硅氧垸、乙烯基三乙氧基硅垸等硅垸偶聯(lián)劑。應(yīng)該注意，本文中公開和說明的結(jié)構(gòu)可以用其它效果相同的結(jié)構(gòu)代替，同時(shí)本發(fā)明所介紹的實(shí)施例并非實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的唯一結(jié)構(gòu)。雖然本發(fā)明的優(yōu)先實(shí)施例已在本文中予以介紹和說明，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員都清楚知道這些實(shí)施例不過是舉例說明而已，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員可以做出無數(shù)的變化、改進(jìn)和代替，而不會(huì)脫離本發(fā)明，因此，應(yīng)按照本發(fā)明所附的權(quán)利要求書的精神和范圍來的限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。參考文獻(xiàn)本說明書中現(xiàn)有技術(shù)引用的照片(圖1至圖3)來自下面的參考文獻(xiàn)A.SoleimaniDorcheh，M.H.Abbasi[J].Silicaaerogel,synthesis,propertiesandcharacterizationjournalofmaterialsprocessingtechnology199(2008):10-26。權(quán)利要求1.微波反應(yīng)制得的具有氣凝膠特性的SiO2納米級(jí)多孔材料，其特征在于所述納米級(jí)多孔材料由二氧化硅骨架(1)和泡狀納米級(jí)孔隙(2)組成，泡狀納米級(jí)孔隙(2)分布在二氧化硅骨架(1)之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述微波反應(yīng)制得的具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料，其特征在于所述泡狀納米級(jí)孔隙(2)是指氣泡破裂形成的孔隙和/或氣泡尚未破裂形成的孔隙的混合體。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述微波反應(yīng)制得的具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料，其特征在于所述二氧化硅骨架(1)是被泡狀納米級(jí)孔隙(2)鏤刻后形成的空間三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。4.微波反應(yīng)制得的具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料的制備工藝，包括了二氧化硅溶膠制備、濕凝膠制備、母液陳化、常壓干燥四個(gè)步驟，其特征在于所述二氧化硅溶膠制備采用了以下工藝-A.含有有機(jī)硅氧垸，有機(jī)溶劑，水，酸催化劑的原料；B.所述原料按特定比例在容器中混合；C.混合的同時(shí)經(jīng)過微波輻照發(fā)生水解縮聚反應(yīng)或混合后的混合物經(jīng)過微波輻照發(fā)生水解縮聚反應(yīng)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種制備具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料的方法，其特征在于所述有機(jī)硅氧烷選自正硅酸甲酯(Tetramethoxysilane)、正硅酸乙酯(Tetraethoxysilane)、甲基三乙氧基硅烷(Methyltriethoxysilane)、甲基三甲氧基硅烷(Methyltrimethoxysilane)、二甲基二乙氧基硅烷(Dimethyldiethoxysilane)、氨丙基三乙氧基硅烷(Aminopropyltriethoxysilane)、正辛基三乙氧基硅烷(N-octyltriethoxysilane)、聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane)聚二乙氧基硅氧烷(Polydiethoxysiloxane)、聚乙氧基硅烷(Polyethoxydisiloxane)、全氟烷基硅氧烷(Perfluoroaklysilane)。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種制備具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料的方法，其特征在于所述有機(jī)溶劑選自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等低級(jí)醇或正庚垸、戊烷、己烷、辛垸、環(huán)己烷、丙酮、環(huán)己酮。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種制備具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料的方法，其特征在于所述酸催化劑選自氫氟酸、硝酸、硫酸、鹽酸、磷酸、醋酸、檸檬酸、酒石酸。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種制備具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料的方法，其特征在于所述特定比例是指組份間的摩爾比，其中A.有機(jī)硅氧垸與水的比例在l:31:20之間，其最佳值在l:4~1:IO之間；B.有機(jī)溶劑能使有機(jī)硅氧烷與水互溶，有機(jī)硅氧垸與有機(jī)溶劑的比例在1:11:30之間，其最佳值在l:31:IO之間；C.酸催化劑用于調(diào)節(jié)混合物的pH值，使混合物的pH值在17，其pH值的最佳值在25之間。9.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種制備具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料的方法，其特征在于所述微波輻照的功率為:每毫升混合物微波輻照的功率在O.lWIOOW瓦之間，其作用時(shí)間為1秒1小時(shí)，其最佳值是每毫升混合物微波輻照的功率在0.5W~3.5W之間，其作用時(shí)間為2min30min。10.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種制備具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料的方法，其特征在于所述原料中含有疏水試劑；將疏水試劑與有機(jī)硅氧垸、有機(jī)溶劑、水、酸催化劑一起混合，混合的同時(shí)經(jīng)過微波輻照發(fā)生水解縮聚反應(yīng)和疏水改性反應(yīng)，或混合后的混合物經(jīng)過微波輻照發(fā)生水解縮聚反應(yīng)和疏水改性反應(yīng)，制備疏水性濕凝膠；或是含有機(jī)官能團(tuán)的疏水試劑的醇溶液浸泡己經(jīng)制備好的親水性濕凝膠。上述兩種方法制備的濕凝膠經(jīng)過母液陳化，常壓干燥處理得到本發(fā)明之微波反應(yīng)制得的具有氣凝膠特性的疏水性Si02納米級(jí)多孔材料。11.權(quán)利要求10所述的一種制備具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料的方法，其特征在于所述疏水試劑是含有機(jī)官能團(tuán)的疏水試劑。12.權(quán)利要求11所述的一種制備具有氣凝膠特性的Si02納米級(jí)多孔材料的方法，其特征在于所述含有機(jī)官能團(tuán)的疏水試劑是RnSiX4-n型(i^l-3，R=CH3，(:2&或phenyl等，X=OCH3，OC2H5，或C1等)的有機(jī)硅化合物，可作為共聚物或衍生改性劑。可以是三甲基氯硅垸、二甲基二氯硅垸等有機(jī)氯硅垸或六甲基二硅氮垸(HMDZ)、六甲基二硅氧烷(HMDSO)、八甲基環(huán)四硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅烷等硅烷偶聯(lián)劑。全文摘要微波反應(yīng)制得的具有氣凝膠特性的SiO₂納米級(jí)多孔材料及其制備方法，本發(fā)明提供一種微波反應(yīng)制得的具有氣凝膠特性的SiO₂納米級(jí)多孔材料，該納米級(jí)多孔材料由二氧化硅骨架(1)和泡狀納米級(jí)孔隙(2)組成，泡狀納米級(jí)孔隙(2)分布在二氧化硅骨架(1)之間。其制備方法包括了二氧化硅溶膠制備、濕凝膠制備、母液陳化、常壓干燥四個(gè)步驟，其中二氧化硅溶膠制備采用了以下工藝以有機(jī)硅氧烷，有機(jī)溶劑，水，酸催化劑為原料；各組份按特定比例在容器中混合；混合的同時(shí)經(jīng)過微波輻照發(fā)生水解縮聚反應(yīng)或混合后的混合物經(jīng)過微波輻照發(fā)生水解縮聚反應(yīng)。由于采用了微波輻照工藝，在二氧化硅溶膠中制造了大量微氣泡，在二氧化硅的基體上形成了大量的納米級(jí)泡狀孔隙，同時(shí)保留了二氧化硅空間骨架，因而不僅得到了極大的比表面積的二氧化硅多孔材料，而且有更高的強(qiáng)度。此外，因無需二氧化碳超臨界干燥工藝，故大幅減低了生產(chǎn)成本。文檔編號(hào)C01B33/00GK101633505SQ200910042159公開日2010年1月27日申請(qǐng)日期2009年8月25日優(yōu)先權(quán)日2009年8月25日發(fā)明者星周,曹旭光,鄭文芝申請(qǐng)人:鄭文芝;曹旭光;周星