本發明專利技術提供了一種多面體低聚倍半硅氧烷—二氧化鋯復合氣凝膠的制備方法。本發明專利技術的制備方法包括以下幾個步驟：1）功能團化的多面體低聚倍半硅氧烷單體在酸性的催化劑下進行預水解；2)然后將鋯的前體溶液加入預水解的功能團化的多面體低聚倍半硅氧烷弱酸性醇溶液中進行水解-縮合反應；3）將所得的濕凝膠進行凝膠化、老化、溶劑交換后，進行二氧化碳超臨界干燥即得到官能團化的多面體低聚倍半硅氧烷—二氧化鋯復合氣凝膠。此方法不用添加絡合劑與聚合物，并且原料合成制備簡單，溶膠-凝膠條件溫和，制備工藝可控，且獲得的氣凝膠具有高的比表面積，孔徑分布較窄，為納米量級，結構均勻穩定，可廣泛的應用于吸附，催化等領域。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種多孔材料的制備方法，具體涉及一種官能團化的多面體低聚倍半硅氧燒一二氧化鋯復合氣凝膠及其制備方法。
技術介紹
氣凝膠自1931年用超臨界干燥首次制備以來，受到了越來越多的關注。這主要是由于氣凝膠是一種新型的輕質納米多孔非晶材料，具有較高的比表面積，低的密度和較高的空隙率等特性。氣凝膠的獨特多孔結構特性使得其可應用于隔熱、吸聲、吸附、催化、以及光學和電學等方面。二氧化鋯氣凝膠具有優異的化學穩定性和熱穩定，同時具有酸性和堿性表面活性中心，離子交換性能良好等優良性能。二氧化硅一二氧化鋯復合氣凝膠具有高的熱力和化學穩定性、優良的機械強度和良好的表面酸性等許多的優良的物理化學性能，因而其可以用于高溫陶瓷、耐堿玻璃以及異相催化劑等方面，并且關于這種二氧化硅一二氧化鋯復合氣凝膠具有廣泛的研究。在制備二氧化硅一二氧化鋯復合氣凝膠的研究報道中，正硅酸乙酯是制備這種復合氣凝膠的主要的硅源，由于鋯源的水解速率遠遠大于正硅酸乙酯的水解速率，不僅需要正硅酸乙酯的預水解而且還要加入乙酰丙酮等絡合劑，以抑制鋯源的水解速率。雖然，目前除了正硅酸乙酯外，已有許多的不同結構的硅單體用于制備二氧化硅氣凝膠(包括橋連聚倍半硅氧烷，多面體低聚倍半硅氧烷等)，并且與用正硅酸乙酯物硅源制備的二氧化硅氣凝膠相比具有更加優良的機械性能，但是，關于用除正硅酸乙酯以外的其他硅源制備二氧化硅一二氧化鋯復合氣凝膠則鮮有報道。多面體低聚倍半硅氧烷是一類帶有有機基團的粒徑極小的無機參雜納米粒子，其將無機和有機相通過共價鍵的方式連接起來，從而發揮各自單項的優勢。多面體低聚倍半硅氧烷不僅可以在分子水平上作為有機無機雜化材料結合的平臺而且其還可以作為構建三維網絡結構的基石。另外用額外八個硅氧烷功能團化的多面體低聚倍半硅氧烷也越來越多地受到了普遍的關注。2008年，Hagiwara Y, Shimojima A and Kuroda K在美國期刊((Chem Mater》第20卷第1147—1153頁報道了使用單，雙，和三硅氧烷官能團化的多面體低聚倍半硅氧烷制備出了干凝膠和薄膜，隨后在2010年他們在日本期刊《Bull Chem SocJpn》第83卷第424—430中又報道使用乙烯基硅氧烷功能團化的多面體低聚倍半硅氧烷作為基石制備出了一種新型的有機無機微孔材料，并且具有較高的比表面積。官能團化的多面體低聚倍半硅氧烷單體可以用八乙烯基取代的多面體低聚倍半硅氧烷與三乙氧基硅氧燒通過娃氫化反應來合成制備，并且Geoff rey A. Ozin在美國期刊《J. Am. Chem. Soc.》第133卷第1802—1805頁中利用這種官能團化的多面體低聚倍半硅氧烷單體制備成功了具有超低介電常數的薄膜材料。除此之外這種官能團化的多面體低聚倍半硅氧烷單體在分子結構上及包含有無機硅氧烷的“骨架”結構，同時又包含連接三乙氧基硅氧烷的有機橋聯集團。
技術實現思路
本專利技術的主要目的是提供一種高比表面積的官能團化氣凝膠及其制備方法。.多面體低聚倍半硅氧烷一二氧化鋯復合氣凝膠的組合物，其特點是所述的組合物各組分的摩爾比如下所述的醇類溶劑為甲醇，乙醇，丙醇或者異丙醇。所述的無機酸為鹽酸，硫酸或者硝酸。所述的鋯前體為八水氯化氧鋯，異丙醇鋯或者正丁醇鋯。所述的醇類溶劑，無機酸，蒸餾水，鋯前體與官能團化的多面體低聚倍半硅氧烷的摩爾比分別為400 1000 : 1，4 8 : 1，4 8 : 1，1 5 : I。所述的醇類溶劑優選乙醇。所述的無機酸優選鹽酸。制備本專利技術官能團化的多面體低聚倍半硅氧烷一二氧化鋯氣凝膠是按以下制備方法進行的a)官能團化的多面體低聚倍半硅氧烷單體在酸性條件下進行預水解b)然后將鋯的醇溶液加入預水解的功能團化的多面體低聚倍半硅氧烷弱酸性醇溶液中進行水解-縮合反應；c)將所得的濕凝膠進行凝膠化、老化、溶劑交換后，進行二氧化碳超臨界干燥即得到多面體低聚倍半硅氧燒一二氧化鋯復合氣凝膠。本專利技術的官能團化的多面體低聚倍半硅氧烷一二氧化鋯復合氣凝膠是以一種官能團化的多面體低聚倍半硅氧烷和鋯作為前軀體，通過控制其溶膠-凝膠過程而制備的。本專利技術首以功能團化的多面體低聚倍半硅氧烷作為硅的前體合成制備了多面體低聚倍半硅氧烷一二氧化鋯復合氣凝膠。這種氣凝膠具有高的比表面積。可以廣泛的應用于吸附，催化等領域。采用此方法不用添加絡合劑與聚合物，并且原料合成制備簡單，溶膠-凝膠條件溫和，制備工藝可控。具體實施例方式下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規方法下述實施例中所使用的材料，試劑等，如無特殊說明，均可從商業途徑獲得。實施例I將O. 54 g,0. 3 mmol功能團化的多面體低聚倍半娃氧燒溶于7. I ml, 120 mmol乙醇中，而后加入O. 043 ml, 2. 4 mmol蒸懼水與O. 024 ml O. I M的鹽酸。攪拌使其混合均勻，而后加入7. I ml O. 085 M的八水氯化氧鋯的乙醇溶液，最終體系中功能團化的多面體低聚倍半硅氧烷與乙醇，蒸餾水，鹽酸和鋯的摩爾比為I : 800 : 8 : 8: 2，充分混合后將其靜止老化48 h。而后依次用乙醇和丙酮交換三次，以除去體系中的催化劑和水，而后將所得凝膠置官能團化的多面體低聚倍半硅氧烷醇類溶劑無機酸蒸餾水鋯前體400 10004 84 8于二氧化碳超臨界干燥釜中進行干燥。最后即可得到功能團化的多面體低聚倍半硅氧燒一二氧化錯復合氣凝膠。其比表面積為364 m2/g,孔體積為O. 498 cm3/g。實施例2 將O. 54 g,0. 3 mmol功能團化的多面體低聚倍半娃氧燒溶于7. I ml, 120 mmol乙醇中，而后加入O. 043 ml, 2. 4 mmol蒸懼水與O. 024 ml O. I M的鹽酸。攪拌使其混合均勻，而后加入10 ml O. 085 M的八水氯化氧鋯的乙醇溶液，最終體系中功能團化的多面體低聚倍半硅氧烷與乙醇，蒸餾水和鹽酸的摩爾比為I : 960 : 8 : 8 : 3，充分混合后將其靜止老化72 h。而后依次用乙醇和丙酮交換三次，以除去體系中的催化劑和水，而后將所得凝膠置于二氧化碳超臨界干燥釜中進行干燥。最后即可得到功能團化的多面體低聚倍半硅氧燒一二氧化鋯復合氣凝膠。其比表面積為330 m2/g，孔體積為0.499 cm3/g。實施例3將O. 36 g, 0.2 mmol功能團化的多面體低聚倍半娃氧燒溶于4. 7 ml, 80 mmol乙醇中，而后加入0. 043 ml, 2.4 mmol蒸懼水與0. 024 ml 0.1 M的鹽酸。攪拌使其混合均勻，而后加入9. 4 ml 0.085 M的八水氯化氧鋯的乙醇溶液，最終體系中功能團化的多面體低聚倍半硅氧烷與乙醇，蒸餾水和鹽酸的摩爾比為I : 790 : 8 : 8 : 4，充分混合后將其靜止老化72 h。而后依次用乙醇和丙酮交換三次，以除去體系中的催化劑和水，而后將所得凝膠置于二氧化碳超臨界干燥釜中進行干燥。最后即可得到功能團化的多面體低聚倍半硅氧燒一二氧化鋯復合氣凝膠。其比表面積為295 m2/g，孔體積為0. 501 cm3/g。實施例4將0. 54 g,0. 3 mmol功能團化的多面體低聚倍半娃氧燒溶于7. I 本文檔來自技高網...
【技術保護點】
多面體低聚倍半硅氧烷—二氧化鋯復合氣凝膠的組合物，其特征在于：所述的組合物各組分的摩爾比如下：官能團化的多面體低聚倍半硅氧烷？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？1醇類溶劑？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？400～1000無機酸？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？4～8蒸餾水？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？4～8鋯前體？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？1～5。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：張林，黃闖闖，羅美明，魏志軍，羅炫，任洪波，嚴鴻維，
申請(專利權)人：中國工程物理研究院激光聚變研究中心，四川大學，
類型：發明
國別省市：
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