一種彩色氧化硅氣凝膠的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及材料領域，具體涉及一種彩色氧化硅氣凝膠的制備方法。
【背景技術】
[0002]氣凝膠是由超細微粒聚集構成的輕質多孔性納米結構材料，其特有的納米尺寸顆粒與納米孔洞結構使它擁有許多獨特的性質，因而在超低密度耐高溫隔熱材料、高效高能電極、聲阻抗耦合材料、氣體吸附和分離膜、高效催化劑及其載體等方面有廣闊的應用前景。其中氧化硅氣凝膠具有納米孔隙的無機海綿狀多孔材料，其可用作保溫隔熱材料、隔音材料、催化劑載體等，具有獨特特性和廣闊的潛在應用前景，但是純氧化硅氣凝膠通常為白色、淡藍色透明、半透明等幾種狀態，其功能性、顯色性較差，對于拓寬氣凝膠材料的應用領域存在一定的限制。
[0003]由于氧化硅氣凝膠材料是以氧化硅納米膠體顆粒堆積所形成的三維網絡結構，其內部巨量的孔隙以及氧化硅分子網絡賦予這類材料優良的化學、物理改進特性。目前，以氧化硅凝膠作為基質，向其中引入有機染料賦予其特性的光學性能已引起了人們的重視，成為凝膠基質材料的研究熱點之一。目前，凝膠基質的染色主要靠有機染料在凝膠網絡中的溶解，沉積和吸附的方式來實現，這種方式所得到的染色體系由于主要靠物理方式實現染色，牢固性較差，難以通過超臨界干燥的方式得到彩色氣凝膠。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題之一是解決目前氧化硅氣凝膠色彩單一，顯色性較差的問題，同時又能克服傳統物理染色所帶來的牢固性差的問題。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明提供了如下技術方案:
[0006]本發明一方面提供了一種彩色氧化硅氣凝膠的制備方法，所述制備方法含有以下步驟:向氧化硅溶膠前驅體溶液中加入顯色載體，攪拌均勻后加入凝膠化催化劑，凝膠老化后，干燥即得。
[0007]上述顯色載體優選為無機離子水溶液或納米粒子分散液；所述無機離子優選為Ni，Fe、Co、Cu或Nd，所述納米粒子優選為Cu、Au、Ag或SiC。
[0008]上述氧化硅溶膠前驅體優選為正硅酸乙酯或正硅酸甲酯。
[0009]上述凝膠化催化劑為優選為有機酸、無機酸、有機堿、無機堿、或其相應的鹽類；其中有機酸優選醋酸或檸檬酸，有機堿優選為氨水，無機酸優選為鹽酸，鹽類優選為氟化銨。
[0010]本發明更進一步提供了一種彩色氧化硅氣凝膠的制備方法，所述制備方法含有以下步驟:將正硅酸甲酯或正硅酸乙酯溶解于乙醇或甲醇中，攪拌均勻后加入含有無機離子水溶液或納米顆粒的膠體水溶液，混合均勻后加入凝膠化催化劑，劇烈攪拌后靜置凝膠老化或直接將溶膠置于烘箱中進行高溫凝膠老化，得到凝膠基質；凝膠基質經甲醇或乙醇洗滌后，再經0)2或乙醇超臨界干燥后，即可獲得彩色氧化硅氣凝膠。
[0011 ] 其中所述無機離子水溶液優選為硝酸釹水溶液、硝酸鐵水溶液、氯化鎳水溶液或硝酸鈷水溶液；所述納米顆粒優選為含有納米銅顆粒的水溶液、含有納米金顆粒的水溶液、含有納米碳化硅顆粒的水溶液或含有納米銀顆粒的水溶液；所述凝膠化催化劑優選為醋酸、檸檬酸、氨水、鹽酸或氟化銨。
[0012]其中所述正硅酸甲酯或正硅酸乙酯與乙醇或甲醇的摩爾比優選為1: 2-20;更優選1: 6-12 ;最優選1: 8。
[0013]其中所述入含有無機離子水溶液或納米顆粒的膠體水溶液中的水與正硅酸甲酯或正硅酸乙酯的摩爾比優選為1: 2-6，更優選1: 6 ;無機離子和納米粒子的重量優選為凝膠基質重量的Ippm?10%，更優選為0.01%?10%，最優選為0.01%。
[0014]其中所述凝膠催化劑的用量與凝膠基質摩爾比優選為0.001?0.1，更優選為0.01?0.05 ;最優選為0.01 ;所述凝膠老化時間優選為3h?48h，更優選為12小時。
[0015]本申請實施過程中室溫攪拌的時間和老化時間并不受限制，室溫攪拌攪拌^ 20min分鐘和老化^ 3小時均能達到本發明的目的，從成本考慮，優選室溫攪拌30min分鐘，老化12小時。
[0016]本發明更進一步提供了一種彩色氧化硅氣凝膠的制備方法，所述制備方法如下:把TEOS和乙醇以摩爾比為1: 8混合均勻混合，攪拌均勻，加入含有硝酸鈷的水溶液，混合均勻后，加入與TEOS摩爾比為0.01的氨水，劇烈攪拌后，靜置形成凝膠，凝膠老化24h后，用200ml乙醇洗滌，共三次，然后將凝膠置于高壓釜中，用CO2作為干燥介質，干燥后即可獲得粉色氣凝膠；其中硝酸鈷溶液中水和TEOS的摩爾比為1: 6，鈷的質量占凝膠基質的質量 0.01%o
[0017]本發明還更進一步提供了一種彩色氧化硅氣凝膠的制備方法，所述制備方法如下:把TEOS和乙醇以摩爾比為1: 6混合均勻混合，攪拌均勻，加入含有納米金顆粒的水溶液，混合均勻后，加入與TEOS摩爾比為0.05的氨水，劇烈攪拌后，靜置形成凝膠，凝膠老化24h后，用200ml乙醇洗滌，共三次，然后將凝膠置于高壓釜中，用CO2作為干燥介質，干燥后即可獲得粉色氣凝膠；其中納米金顆粒的水溶液中水和TEOS的摩爾比為1: 4，Au的質量占凝膠基質的lppm。
[0018]本發明與現有技術相比具有如下優點:(I)無機染色離子或粒子無毒，環境友好，并能賦予氧化硅氣凝膠功能性和生物特性。(2)可引入顯色成分廣泛，即可以是無機粒子，也以是納米粒子著色牢固度高，不易洗脫。(3)染色成分的引入量可變范圍大從Ippm?10%的重量比均可實現氣凝膠的染色成分比易于控制，化學偏析小。
[0019]本發明所使用的術語定義如下:
[0020]正硅酸甲酯:簡稱TMOS
[0021]正硅酸乙酯:簡稱TEOS
【附圖說明】
[0022]圖1為實施例1所得氣凝膠的SEM圖
[0023]圖2為實施例2所得氣凝膠的SEM圖
[0024]圖3為實施例3所得氣凝膠的SEM圖
[0025]圖4為實施例4所得氣凝膠的SEM圖
[0026]圖5為實施例5所得氣凝膠的SEM圖
[0027]圖6為實施例6所得氣凝膠的SEM圖
[0028]圖7為實施例7所得氣凝膠的SEM圖
[0029]圖8為實施例8所得氣凝膠的SEM圖
【具體實施方式】
[0030]下面通過實施例進一步說明本發明。
[0031]實施例1
[0032]把TEOS和乙醇混合均勻(二者的摩爾比為1: 20)混合，攪拌均勻，加入含有硝酸釹的水溶液(其中水和TEOS的摩爾比為1: 2，釹的質量占凝膠基質的0.1% )，混合均勻后，加入與TEOS摩爾比為0.001的氨水，劇烈攪拌后，靜置形成凝膠，凝膠在室溫下老化3h后，用200ml乙醇洗滌，共三次。然后將凝膠置于高壓釜中，用乙醇作為干燥介質，干燥后即可獲得紫色氣凝膠。其SEM掃描電鏡圖片見圖1。
[0033]實施例2
[0034]把TMOS和甲醇混合均勻(二者的摩爾比為1: 12)混合，攪拌均勻，加入含有硝酸鐵的水溶液(其中水和TMOS的摩爾比為1: 4，鐵的質量占凝膠基質的10%)，混合均勻后，加入與TMOS摩爾比為0.1的檸檬酸，劇烈攪拌后，將溶膠密封后放置于40°C的烘箱老化48h，然后再用200ml甲醇洗滌，共三次。然后將凝膠置于高壓釜中，用甲醇作為干燥介質，干燥后即可獲得褐色氣凝膠，其SEM掃描電鏡圖片見圖2。
[0035]實施例3
[0036]把TMOS和乙醇混合均勻(二者的摩爾比為1: 8)混合，攪拌均勻，加入含有納米Cu顆粒