本發(fā)明屬于二氧化硅氣凝膠技術領域，具體涉及一種以石英尾砂為原料制備二氧化硅氣凝膠的方法。

背景技術：

二氧化硅氣凝膠由納米級孔洞和二氧化硅無機高分子三維納米骨架構成，高孔隙率，可高達99.8％；高比表面積，可高達1000m²/g以上；低密度，可低至0.003g/cm³。具有折射率低、楊氏模量小、聲阻抗低、導熱系數(shù)低和吸附性能強等優(yōu)點，在化學、熱學、光學、聲學、電學等方面表現(xiàn)出獨特性質，在航天、軍工、通訊、醫(yī)用、建材、電子、冶金等諸多領域有著廣闊的應用前景。但目前二氧化硅氣凝膠的生產多以正硅酸乙酯、正硅酸丁酯等有機物為硅源，經溶膠-凝膠反應，超臨界干燥制得。此法原料成本高，制備工藝條件苛刻，對設備要求高、危險性大，致使二氧化硅氣凝膠的成本極其昂貴，從而極大的限制了其在諸多領域的廣泛應用。所以，尋求廉價的原料及溫和廉價的生產工藝條件是二氧化硅氣凝膠能夠被廣泛應用，發(fā)揮其優(yōu)良性能的前提和關鍵。

石英尾砂，是生產玻璃的原料石英砂的廢棄物，由于細粒的石英粉入爐后會侵蝕耐火材料，降低熔窯的壽命，影響配合料的均勻度，同時還會堵塞格子磚通道，不利于玻璃生產，因此玻璃工業(yè)對石英砂的粒度要求為介于0.125mm到0.71mm的顆粒含量要大于95％，小于0.125mm的石英粉含量要小于5％。石英砂生產企業(yè)對于小于0.125mm以下的石英細粉大部分沒有回收利用，而是集中堆積排放。石英尾礦的大量堆積，不僅形成了資源浪費，還占用大面積土地，破壞土壤，由于其極細的特性，“遇水即流失，風干即飛揚”，極易形成泥石流、沙塵暴等自然災害，嚴重危及生態(tài)環(huán)境和人民的生命財產安全。故而，亟待尋求高效綜合利用的出路，以變廢為寶，消除其閑置堆放對自然環(huán)境和人民生命財產安全造成的巨大隱患。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種以石英尾砂為原料制備二氧化硅氣凝膠的方法。該方法原料廉價易得，制備工藝條件溫和，對設備要求低，從而使得二氧化硅氣凝膠的生產成本大大降低，且制得的氣凝膠具有良好的性能；同時，該方法對石英尾砂的高附加值利用，可以消除其對環(huán)境和人民生命財產安全帶來的巨大隱患；亦可實現(xiàn)石英礦用于玻璃和二氧化硅氣凝膠產品的多聯(lián)產和可持續(xù)發(fā)展。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：一種以石英尾砂為原料制備二氧化硅氣凝膠的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、將石英尾砂依次經過水洗、烘干、研磨和過篩處理，得到石英尾砂粉末，然后將所述石英尾砂粉末與碳酸鈉粉末按質量比(0.8～1.6)∶1研磨混合，得到混合粉末，之后將所述混合粉末置于馬弗爐中煅燒，得到煅燒產物；

步驟二、將步驟一中所述煅燒產物研磨后過篩，取篩下物，然后將所述篩下物加入到熱水中攪拌溶解60min～150min，之后過濾取濾液，得到水玻璃；所述篩下物與熱水的質量比為1∶(3～5)；

步驟三、采用鹽酸將步驟二中所述水玻璃的pH值調至3～5，靜置20min～50min后得到水凝膠，然后將所述水凝膠在溫度為40℃～60℃的條件下老化3d～5d，得到老化后的水凝膠；

步驟四、對步驟三中所述老化后的水凝膠進行過濾，以除去水凝膠中的自由水，然后采用無水乙醇對殘留于水凝膠表面及孔洞中的吸附水進行置換，得到醇凝膠；

步驟五、將步驟四中所述醇凝膠浸泡于三甲基氯硅烷的正己烷溶液中，以進行疏水改性以及正己烷對乙醇的置換，洗滌后得到疏水改性的烷凝膠；

步驟六、將步驟五中所述疏水改性的烷凝膠在室溫干燥環(huán)境中風干24h，然后進行梯度干燥處理，得到二氧化硅氣凝膠；所述梯度干燥處理過程中，各階段干燥處理的溫度依次為50℃、70℃、100℃和120℃，各階段干燥處理的時間均為3h～5h。

上述的一種以石英尾砂為原料制備二氧化硅氣凝膠的方法，其特征在于，步驟一中所述研磨混合的時間為30min。

上述的一種以石英尾砂為原料制備二氧化硅氣凝膠的方法，其特征在于，步驟一中所述煅燒的溫度為1100℃～1400℃，所述煅燒的時間為60min～150min。

上述的一種以石英尾砂為原料制備二氧化硅氣凝膠的方法，其特征在于，步驟二中所述熱水的溫度為60℃～90℃。

上述的一種以石英尾砂為原料制備二氧化硅氣凝膠的方法，其特征在于，步驟三中所述鹽酸的濃度為0.1mol/L～0.5mol/L。

上述的一種以石英尾砂為原料制備二氧化硅氣凝膠的方法，其特征在于，步驟四中所述置換的次數(shù)為3～6次，每次置換所用無水乙醇的體積均為水凝膠體積的1～6倍，每次置換均在溫度為30℃～50℃的條件下進行，每次置換的時間均為3h～5h。

上述的一種以石英尾砂為原料制備二氧化硅氣凝膠的方法，其特征在于，步驟四中所述過濾的過程中采用去離子水作為洗滌液對老化后的水凝膠進行洗滌，所述洗滌的次數(shù)為3～4次，每次洗滌所用去離子水的體積均為老化后的水凝膠體積的2～3倍。

上述的一種以石英尾砂為原料制備二氧化硅氣凝膠的方法，其特征在于，步驟五中所述浸泡的次數(shù)為3～5次，每次浸泡所用三甲基氯硅烷的正己烷溶液的體積均為醇凝膠體積的1～6倍，每次浸泡均在溫度為20℃～40℃的條件下進行，每次浸泡的時間均為3h～5h。

上述的一種以石英尾砂為原料制備二氧化硅氣凝膠的方法，其特征在于，步驟五中所述三甲基氯硅烷的正己烷溶液中三甲基氯硅烷的質量百分含量為6％～10％。

上述的一種以石英尾砂為原料制備二氧化硅氣凝膠的方法，其特征在于，步驟五中所述洗滌采用的洗滌液為正己烷，所述洗滌的次數(shù)為3～5次，每次洗滌所用正己烷的體積均為醇凝膠體積的2～3倍。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明原料廉價易得，所用原料為玻璃工業(yè)的廢棄物—石英尾砂，但不限于此，可以是一般的石英砂原料；

2、本發(fā)明通過常壓下的梯度溫度干燥，對設備要求低，安全，實現(xiàn)方便，操作簡便；

3、本發(fā)明高效利用了存在巨大環(huán)境和安全隱患的石英尾砂，為石英尾砂的高附加值利用開辟了新出路；

4、本發(fā)明能夠實現(xiàn)石英礦用于生產玻璃和氣凝膠的多聯(lián)產；

5、本發(fā)明制備的二氧化硅氣凝膠性能優(yōu)良。

總之，本發(fā)明原料廉價易得，制備工藝條件溫和，對設備要求低，從而使得二氧化硅氣凝膠的生產成本大大降低，且制得的氣凝膠具有良好的性能。同時該方法對石英尾砂的高附加值利用，可以消除其對環(huán)境和人民生命財產安全帶來的巨大隱患；亦可實現(xiàn)石英礦用于玻璃和二氧化硅氣凝膠產品的多聯(lián)產和可持續(xù)發(fā)展。

下面結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。

具體實施方式

實施例1

本實施例以石英尾砂為原料制備二氧化硅氣凝膠的方法包括以下步驟：

步驟一、將石英尾砂依次經過水洗、烘干、研磨和過325目篩處理，得到石英尾砂粉末，然后將所述石英尾砂粉末與碳酸鈉粉末按質量比1.2∶1研磨混合30min，得到混合粉末，之后將所述混合粉末置于馬弗爐中，在溫度為1100℃的條件下煅燒120min，得到煅燒產物；

步驟二、將步驟一中所述煅燒產物研磨后過200目篩，取篩下物，然后將所述篩下物加入到溫度為80℃的熱水中攪拌溶解120min，過濾后得到水玻璃；所述篩下物與熱水的質量比為1∶3；

步驟三、采用濃度為0.2mol/L的鹽酸將步驟二中所述水玻璃的pH值調至4，靜置30min后得到水凝膠，然后將所述水凝膠在溫度為40℃的條件下老化4d，得到老化后的水凝膠；

步驟四、過濾除去步驟三中所述老化后的水凝膠中的自由水，然后采用無水乙醇對殘留于水凝膠表明及孔洞中的吸附水進行置換，得到醇凝膠；所述置換的次數(shù)為3次，每次置換所用無水乙醇的體積均為水凝膠體積的6倍，每次置換的溫度均為40℃，每次置換的時間均為4h；過濾的過程中采用去離子水作為洗滌液對老化后的水凝膠進行洗滌，所述洗滌的次數(shù)為3次，每次洗滌所用去離子水的體積均為水凝膠體積的3倍；

步驟五、采用三甲基氯硅烷的正己烷溶液浸泡步驟四中所述醇凝膠，以進行疏水改性和正己烷置換，洗滌后得到疏水改性的烷凝膠；所述浸泡的次數(shù)為3次，每次浸泡所用三甲基氯硅烷的正己烷溶液的體積均為醇凝膠體積的5倍，每次浸泡置換的溫度均為30℃，每次浸泡的時間均為5h；所述三甲基氯硅烷的正己烷溶液中三甲基氯硅烷的質量百分含量為10％；所述洗滌采用的洗滌液為正己烷，所述洗滌的次數(shù)為5次，每次洗滌所用正己烷的體積均為凝膠的體積2倍；

步驟六、將步驟五中所述疏水改性的烷凝膠在室溫干燥環(huán)境中風干24h，然后進行梯度干燥處理，得到二氧化硅氣凝膠；所述梯度干燥處理的過程中各階段干燥的溫度依次為50℃、70℃、100℃和120℃，各階段干燥的時間均為3h。

對本實施例以石英尾砂為原料制備的二氧化硅氣凝膠的測試表征結果為：紅外光譜圖顯示，在1092cm^-1、811cm^-1、465cm^-1處的強峰為Si-O-Si的特征吸收，說明所制備的二氧化硅氣凝膠主體為Si-O-Si網絡骨架結構；在3433cm^-1和1645cm^-1的極弱峰為H-OH的特征吸收，說明氣凝膠的吸附水性很??；1250cm^-1、841cm^-1、756cm^-1處的強峰為Si-C特征吸收，2934cm^-1、1457cm^-1、973cm^-1處為-CH₃的特征吸收，說明氣凝膠表面存在大量的-CH₃，而在955cm^-1處的Si-OH特征吸收很弱，說明氣凝膠中的-OH絕大部分已被-Si(CH₃)₃取代。對于水的接觸角達到121°，表明疏水性較好。XRD測試所制氣凝膠圖譜顯示在2θ角為20～25°處出現(xiàn)一彌散峰，說明所制氣凝膠為非晶態(tài)材料。密度和N₂吸附檢測表明，所制備二氧化硅氣凝膠的密度為0.06g/cm³，BET表面積762m²/g；孔徑主要分布范圍10nm～90nm，平均孔徑20nm。

實施例2

本實施例以石英尾砂為原料制備二氧化硅氣凝膠的方法包括以下步驟：

步驟一、將石英尾砂依次經過水洗、烘干、研磨和過325目篩處理，得到石英尾砂粉末，然后將所述石英尾砂粉末與碳酸鈉粉末按質量比1.4∶1研磨混合30min，得到混合粉末，之后將所述混合粉末置于馬弗爐中，在溫度為1200℃的條件下煅燒90min，得到煅燒產物；

步驟二、將步驟一中所述煅燒產物研磨后過200目篩，取篩下物，然后將所述篩下物加入到溫度為70℃的熱水中攪拌溶解120min，過濾后得到水玻璃；所述篩下物與熱水的質量比為1∶4；

步驟三、采用濃度為0.3mol/L的鹽酸將步驟二中所述水玻璃的pH值調至3，靜置20min后得到水凝膠，然后將所述水凝膠在溫度為60℃的條件下老化3d，得到老化后的水凝膠；

步驟四、過濾除去步驟三中所述老化后的水凝膠中的自由水，然后采用無水乙醇對殘留于水凝膠孔洞中的吸附水進行置換，得到醇凝膠；所述置換的次數(shù)為6次，每次置換所用無水乙醇的體積均為水凝膠體積的1倍，每次置換的溫度均為30℃，每次置換的時間均為5h；過濾的過程中采用去離子水作為洗滌液對老化后的水凝膠進行洗滌，所述洗滌的次數(shù)為4次，每次洗滌所用去離子水的體積均為水凝膠體積的2倍；

步驟五、采用三甲基氯硅烷的正己烷溶液浸泡步驟四中所述醇凝膠，以進行疏水改性和正己烷置換，洗滌后得到疏水改性的烷凝膠；所述浸泡的次數(shù)為3次，每次浸泡所用三甲基氯硅烷的正己烷溶液的體積均為醇凝膠體積的6倍，每次浸泡置換的溫度均為40℃，每次浸泡的時間均為5h；所述三甲基氯硅烷的正己烷溶液中三甲基氯硅烷的質量百分含量為6％；所述洗滌采用的洗滌液為正己烷，所述洗滌的次數(shù)為5次，每次洗滌所用正己烷的體積均為凝膠的體積2倍；

步驟六、將步驟五中所述疏水改性的烷凝膠在室溫干燥環(huán)境中風干24h，然后進行梯度干燥處理，得到二氧化硅氣凝膠；所述梯度干燥處理的過程中各階段干燥的溫度依次為50℃、70℃、100℃和120℃，各階段干燥的時間均為5h。

對本實施例以石英尾砂為原料制備的二氧化硅氣凝膠的測試表征結果為：紅外光譜圖顯示，在1091cm^-1、815cm^-1、467cm^-1處的強峰為Si-O-Si的特征吸收，說明所制備的二氧化硅氣凝膠主體為Si-O-Si網絡骨架結構；在3428cm^-1和1641cm^-1的極弱峰為H-OH的特征吸收，說明氣凝膠的吸附水性很?。?255cm^-1、843cm^-1、756cm^-1處的強峰為Si-C特征吸收，2929cm^-1、1450cm^-1、977cm^-1處為-CH₃的特征吸收，說明氣凝膠表面存在大量的-CH₃，而在958cm^-1處的Si-OH特征吸收很弱，說明氣凝膠中的-OH絕大部分已被-Si(CH₃)₃取代。對于水的接觸角達到117°，表明疏水性較好。XRD測試所制氣凝膠圖譜顯示在2θ角為20～25°處出現(xiàn)一彌散峰，說明所制氣凝膠為非晶態(tài)材料。密度和N₂吸附檢測表明，所制備二氧化硅氣凝膠的密度為0.09g/cm³，BET表面積725m²/g；孔徑主要分布范圍20nm～90nm，平均孔徑35nm。

實施例3

本實施例以石英尾砂為原料制備二氧化硅氣凝膠的方法包括以下步驟：

步驟一、將石英尾砂依次經過水洗、烘干、研磨和過325目篩處理，得到石英尾砂粉末，然后將所述石英尾砂粉末與碳酸鈉粉末按質量比1.5∶1研磨混合30min，得到混合粉末，之后將所述混合粉末置于馬弗爐中，在溫度為1300℃的條件下煅燒120min，得到煅燒產物；

步驟二、將步驟一中所述煅燒產物研磨后過200目篩，取篩下物，然后將所述篩下物加入到溫度為60℃的熱水中攪拌溶解150min，過濾后得到水玻璃；所述篩下物與熱水的質量比為1∶5；

步驟三、采用濃度為0.5mol/L的鹽酸將步驟二中所述水玻璃的pH值調至5，靜置50min后得到水凝膠，然后將所述水凝膠在溫度為40℃的條件下老化5d，得到老化后的水凝膠；

步驟四、過濾除去步驟三中所述老化后的水凝膠中的自由水，然后采用無水乙醇對殘留于水凝膠孔洞中的吸附水進行置換，得到醇凝膠；所述置換的次數(shù)為3次，每次置換所用無水乙醇的體積均為水凝膠體積的6倍，每次置換的溫度均為30℃，每次置換的時間均為5h；過濾的過程中采用去離子水作為洗滌液對老化后的水凝膠進行洗滌，所述洗滌的次數(shù)為3次，每次洗滌所用去離子水的體積均為水凝膠體積的2倍；

步驟五、采用三甲基氯硅烷的正己烷溶液浸泡步驟四中所述醇凝膠，以進行疏水改性和正己烷置換，洗滌后得到疏水改性的烷凝膠；所述浸泡的次數(shù)為3次，每次浸泡所用三甲基氯硅烷的正己烷溶液的體積均為醇凝膠體積的6倍，每次浸泡置換的溫度均為20℃，每次浸泡的時間均為5h；所述三甲基氯硅烷的正己烷溶液中三甲基氯硅烷的質量百分含量為8％；所述洗滌采用的洗滌液為正己烷，所述洗滌的次數(shù)為3次，每次洗滌所用正己烷的體積均為凝膠的體積3倍；

步驟六、將步驟五中所述疏水改性的烷凝膠在室溫干燥環(huán)境中風干24h，然后進行梯度干燥處理，得到二氧化硅氣凝膠；所述梯度干燥處理的過程中各階段干燥的溫度依次為50℃、70℃、100℃和120℃，各階段干燥的時間均為4h。

對本實施例以石英尾砂為原料制備的二氧化硅氣凝膠的測試表征結果為：紅外光譜圖顯示，在1089cm^-1、809cm^-1、467cm^-1處的強峰為Si-O-Si的特征吸收，說明所制備的二氧化硅氣凝膠主體為Si-O-Si網絡骨架結構；在3429cm^-1和1644cm^-1的極弱峰為H-OH的特征吸收，說明氣凝膠的吸附水性很??；1252cm^-1、838cm^-1、753cm^-1處的強峰為Si-C特征吸收，2936cm^-1、1455cm^-1、975cm^-1處為-CH₃的特征吸收，說明氣凝膠表面存在大量的-CH₃，而在958cm^-1處的Si-OH特征吸收很弱，說明氣凝膠中的-OH絕大部分已被-Si(CH₃)₃取代。對于水的接觸角達到125°，表明疏水性較好。XRD測試所制氣凝膠圖譜顯示在2θ角為20～25°處出現(xiàn)一彌散峰，說明所制氣凝膠為非晶態(tài)材料。密度和N₂吸附檢測表明，所制備二氧化硅氣凝膠的密度為0.08g/cm³，BET表面積879m²/g；孔徑主要分布范圍5nm～60nm，平均孔徑15nm。

實施例4

本實施例以石英尾砂為原料制備二氧化硅氣凝膠的方法包括以下步驟：

步驟一、將石英尾砂依次經過水洗、烘干、研磨和過325篩處理，得到石英尾砂粉末，然后將所述石英尾砂粉末與碳酸鈉粉末按質量比0.8∶1研磨混合30min，得到混合粉末，之后將所述混合粉末置于馬弗爐中，在溫度為1100℃的條件下煅燒90min，得到煅燒產物；

步驟二、將步驟一中所述煅燒產物研磨后過200目篩，取篩下物，然后將所述篩下物加入到溫度為70℃的熱水中攪拌溶解150min，過濾后得到水玻璃；所述篩下物與熱水的質量比為1∶3；

步驟三、采用濃度為0.1mol/L的鹽酸將步驟二中所述水玻璃的pH值調至3，靜置20min后得到水凝膠，然后將所述水凝膠在溫度為40℃的條件下老化5d，得到老化后的水凝膠；

步驟四、過濾除去步驟三中所述老化后的水凝膠中的自由水，然后采用無水乙醇對殘留于水凝膠表面及孔洞中的吸附水進行置換，得到醇凝膠；所述置換的次數(shù)為3次，每次置換所用無水乙醇的體積均為水凝膠體積的6倍，每次置換的溫度均為50℃，每次置換的時間均為4h；過濾的過程中采用去離子水作為洗滌液對老化后的水凝膠進行洗滌，所述洗滌的次數(shù)為4次，每次洗滌所用去離子水的體積均為水凝膠體積的2倍；

步驟五、采用三甲基氯硅烷的正己烷溶液浸泡步驟四中所述醇凝膠，以進行疏水改性和正己烷置換，洗滌后得到疏水改性的烷凝膠；所述浸泡的次數(shù)為5次，每次浸泡所用三甲基氯硅烷的正己烷溶液的體積均為醇凝膠體積的5倍，每次浸泡置換的溫度均為30℃，每次浸泡的時間均為4h；所述三甲基氯硅烷的正己烷溶液中三甲基氯硅烷的質量百分含量為7％；所述洗滌采用的洗滌液為正己烷，所述洗滌的次數(shù)為4次，每次洗滌所用正己烷的體積均為凝膠的體積2倍；

步驟六、將步驟五中所述疏水改性的烷凝膠在室溫干燥環(huán)境中風干24h，然后進行梯度干燥處理，得到二氧化硅氣凝膠；所述梯度干燥處理的過程中各階段干燥的溫度依次為50℃、70℃、100℃和120℃，各階段干燥的時間均為5h。

對本實施例以石英尾砂為原料制備的二氧化硅氣凝膠的測試表征結果為：紅外光譜圖顯示，在1096cm^-1、814cm^-1、459cm^-1處的強峰為Si-O-Si的特征吸收，說明所制備的二氧化硅氣凝膠主體為Si-O-Si網絡骨架結構；在3435cm^-1和1646cm^-1的極弱峰為H-OH的特征吸收，說明氣凝膠的吸附水性很小；1250cm^-1、841cm^-1、752cm^-1處的強峰為Si-C特征吸收，2928cm^-1、1461cm^-1、969cm^-1處為-CH₃的特征吸收，說明氣凝膠表面存在大量的-CH₃，而在957cm^-1處的Si-OH特征吸收很弱，說明氣凝膠中的-OH絕大部分已被-Si(CH₃)₃取代。對于水的接觸角達到128°，表明疏水性較好。XRD測試所制氣凝膠圖譜顯示在2θ角為20～25°處出現(xiàn)一彌散峰，說明所制氣凝膠為非晶態(tài)材料。密度和N₂吸附檢測表明，所制備二氧化硅氣凝膠的密度為0.06g/cm³，BET表面積787m²/g；孔徑主要分布范圍10nm～90nm，平均孔徑30nm。

實施例5

本實施例以石英尾砂為原料制備二氧化硅氣凝膠的方法包括以下步驟：

步驟一、將石英尾砂依次經過水洗、烘干、研磨和過325目篩處理，得到石英尾砂粉末，然后將所述石英尾砂粉末與碳酸鈉粉末按質量比1.6∶1研磨混合30min，得到混合粉末，之后將所述混合粉末置于馬弗爐中，在溫度為1400℃的條件下煅燒150min，得到煅燒產物；

步驟二、將步驟一中所述煅燒產物研磨后過200目篩，取篩下物，然后將所述篩下物加入到溫度為90℃的熱水中攪拌溶解120min，過濾后得到水玻璃；所述篩下物與熱水的質量比為1∶4；

步驟三、采用濃度為0.4mol/L的鹽酸將步驟二中所述水玻璃的pH值調至5，靜置50min后得到水凝膠，然后將所述水凝膠在溫度為60℃的條件下老化3d，得到老化后的水凝膠；

步驟四、過濾除去步驟三中所述老化后的水凝膠中的自由水，然后采用無水乙醇對殘留于水凝膠表面及孔洞中的吸附水進行置換，得到醇凝膠；所述置換的次數(shù)為5次，每次置換所用無水乙醇的體積均為水凝膠體積的4倍，每次置換的溫度均為30℃，每次置換的時間均為5h；過濾的過程中采用去離子水作為洗滌液對老化后的水凝膠進行洗滌，所述洗滌的次數(shù)為3次，每次洗滌所用去離子水的體積均為水凝膠體積的3倍；

步驟五、采用三甲基氯硅烷的正己烷溶液浸泡步驟四中所述醇凝膠，以進行疏水改性和正己烷置換，洗滌后得到疏水改性的烷凝膠；所述浸泡的次數(shù)為4次，每次浸泡所用三甲基氯硅烷的正己烷溶液的體積均為醇凝膠體積的5倍，每次浸泡置換的溫度均為30℃，每次浸泡的時間均為3h；所述三甲基氯硅烷的正己烷溶液中三甲基氯硅烷的質量百分含量為9％；所述洗滌采用的洗滌液為正己烷，所述洗滌的次數(shù)為3次，每次洗滌所用正己烷的體積均為凝膠的體積3倍；

步驟六、將步驟五中所述疏水改性的烷凝膠在室溫干燥環(huán)境中風干24h，然后進行梯度干燥處理，得到二氧化硅氣凝膠；所述梯度干燥處理的過程中各階段干燥的溫度依次為50℃、70℃、100℃和120℃，各階段干燥的時間均為3h。

對本實施例以石英尾砂為原料制備的二氧化硅氣凝膠的測試表征結果為：紅外光譜圖顯示，在1108cm^-1、807cm^-1、464cm^-1處的強峰為Si-O-Si的特征吸收，說明所制備的二氧化硅氣凝膠主體為Si-O-Si網絡骨架結構；在3433cm^-1和1643cm^-1處的極弱峰為H-OH的特征吸收，說明氣凝膠的吸附水性很??；1250cm^-1、842cm^-1、753cm^-1處的強峰為Si-C特征吸收，2934cm^-1、1456cm^-1、972cm^-1處為-CH₃的特征吸收，說明氣凝膠表面存在大量的-CH₃，而在952cm^-1處的Si-OH特征吸收很弱，說明氣凝膠中的-OH絕大部分已被-Si(CH₃)₃取代。對于水的接觸角達到110°，表明疏水性較好。XRD測試所制氣凝膠圖譜顯示在2θ角為20～25°處出現(xiàn)一彌散峰，說明所制氣凝膠為非晶態(tài)材料。密度和N₂吸附檢測表明，所制備二氧化硅氣凝膠的密度為0.08g/cm³，BET表面積875m²/g；孔徑主要分布范圍20nm～80nm，平均孔徑40nm。

實施例6

本實施例以石英尾砂為原料制備二氧化硅氣凝膠的方法包括以下步驟：

步驟一、將石英尾砂依次經過水洗、烘干、研磨和過325目篩處理，得到石英尾砂粉末，然后將所述石英尾砂粉末與碳酸鈉粉末按質量比0.9∶1研磨混合30min，得到混合粉末，之后將所述混合粉末置于馬弗爐中，在溫度為1300℃的條件下煅燒60min，得到煅燒產物；

步驟二、將步驟一中所述煅燒產物研磨后過200目篩，取篩下物，然后將所述篩下物加入到溫度為90℃的熱水中攪拌溶解60min，過濾后得到水玻璃；所述篩下物與熱水的質量比為1∶4；

步驟三、采用濃度為0.5mol/L的鹽酸將步驟二中所述水玻璃的pH值調至3，靜置20min后得到水凝膠，然后將所述水凝膠在溫度為40℃的條件下老化5d，得到老化后的水凝膠；

步驟四、過濾除去步驟三中所述老化后的水凝膠中的自由水，然后采用無水乙醇對殘留于水凝膠表面及孔洞中的吸附水進行置換，得到醇凝膠；所述置換的次數(shù)為6次，每次置換所用無水乙醇的體積均為水凝膠體積的3倍，每次置換的溫度均為50℃，每次置換的時間均為3h；過濾的過程中采用去離子水作為洗滌液對老化后的水凝膠進行洗滌，所述洗滌的次數(shù)為4次，每次洗滌所用去離子水的體積均為水凝膠體積的2倍；

步驟五、采用三甲基氯硅烷的正己烷溶液浸泡步驟四中所述醇凝膠，以進行疏水改性和正己烷置換，洗滌后得到疏水改性的烷凝膠；所述浸泡的次數(shù)為5次，每次浸泡所用三甲基氯硅烷的正己烷溶液的體積均為醇凝膠體積的4倍，每次浸泡置換的溫度均為20℃，每次浸泡的時間均為5h；所述三甲基氯硅烷的正己烷溶液中三甲基氯硅烷的質量百分含量為8％；所述洗滌采用的洗滌液為正己烷，所述洗滌的次數(shù)為4次，每次洗滌所用正己烷的體積均為凝膠的體積2倍；

步驟六、將步驟五中所述疏水改性的烷凝膠在室溫干燥環(huán)境中風干24h，然后進行梯度干燥處理，得到二氧化硅氣凝膠；所述梯度干燥處理的過程中各階段干燥的溫度依次為50℃、70℃、100℃和120℃，各階段干燥的時間均為5h。

對本實施例以石英尾砂為原料制備的二氧化硅氣凝膠的測試表征結果為：紅外光譜圖顯示，在1110cm^-1、811cm^-1、465cm^-1處的強峰為Si-O-Si的特征吸收，說明所制備的二氧化硅氣凝膠主體為Si-O-Si網絡骨架結構；在3437cm^-1和1645cm^-1處的極弱峰為H-OH的特征吸收，說明氣凝膠的吸附水性很??；1253cm^-1、845cm^-1、754cm^-1處的強峰為Si-C特征吸收，2937cm^-1、1457cm^-1、968cm^-1處為-CH₃的特征吸收，說明氣凝膠表面存在大量的-CH₃，而在957cm^-1處的Si-OH特征吸收很弱，說明氣凝膠中的-OH絕大部分已被-Si(CH₃)₃取代。對于水的接觸角達到112°，表明疏水性較好。XRD測試所制氣凝膠圖譜顯示在2θ角為20～25°處出現(xiàn)一彌散峰，說明所制氣凝膠為非晶態(tài)材料。密度和N₂吸附檢測表明，所制備二氧化硅氣凝膠的密度為0.07g/cm³，BET表面積806m²/g；孔徑主要分布范圍5nm～70nm，平均孔徑25nm。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制。凡是根據(jù)發(fā)明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效變化，均仍屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍內。