一种钇稳定氧化锆气凝胶的绿色制备方法与流程

本发明涉及气凝胶制备及改性领域，特别是涉及一种钇稳定氧化锆气凝胶的绿色制备方法。

背景技术：

气凝胶通常被认为是一种透明的超多孔材料。典型的二氧化硅气凝胶包含50nm的小孔和高达90%的高孔隙率。由于气凝胶体积小(小于空气平均自由程67纳米)、复杂的孔隙几何形状以及极低的固体成分，它们表现出优异的绝热性能。低折射率、低介电常数和高比表面积也是重要的特性。然而，硅气凝胶机械耐久性的不足限制了其应用zro2气凝胶兼具氧化锆和气凝胶的特性,具有很高的化学稳定性和热稳定性,并且热导率较低,还具有结构可控、比表面积高和密度低等特点。自teichner等在1976年首次制备出了二氧化锆气凝胶,就在科学界和产业界引起了广泛关注,并且已经成为了气凝胶领域的研究热点。

二氧化锆气凝胶有望兼具优异热学稳定性、化学稳定性及催化性能和气凝胶高比表面积、高空隙率特性，拥有诱人的潜在性质和应用前景，可用作催化剂载体、超级隔热材料等，但现有的氧化锆气凝胶的制备方法中难免引入例如甲醇、环氧丙烷这种对环境有着一定污染的物质。此法在替换原有配方中对环境不友好的原料之外，并不降低其优异的隔热吸波性能。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种钇稳定氧化锆气凝胶的绿色制备方法，能够用不污染环境的物质替换传统制备中使用的对环境有着一定污染的物质。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种钇稳定氧化锆气凝胶的绿色制备方法，包括以下步骤：

1）氧化锆溶胶的制备

将硝酸氧锆、硝酸钇、去离子水和乙醇按比例混合，并在低温冷冻下搅拌至完全溶解后加入甲酰胺搅拌，随后加入氢氧化钠溶液，搅拌后形成氧化锆溶胶，并将氧化锆溶胶转移至容器中并密封；

2)氧化锆气凝胶的固化和干燥

将密封的容器内的氧化锆溶胶进行陈化后形成凝胶，在得到的凝胶中加入溶剂进行置换，将得到的湿凝胶进行干燥，最终获得绿色环保氧化锆气凝胶材料。

在本发明一个较佳实施例中，所述硝酸氧锆和硝酸钇为前驱体成分，硝酸氧锆与硝酸钇的重量比为1：0.1~0.3，所述硝酸氧锆与去离子水和乙醇的重量比为1：4~6：12~16。

在本发明一个较佳实施例中，硝酸氧锆与甲酰胺的重量比为1：0.1~0.15。

在本发明一个较佳实施例中，硝酸氧锆与氢氧化钠溶液的重量比为1：0.8~1.2；氢氧化钠溶液的浓度为2~4mol/l。

在本发明一个较佳实施例中，步骤2）中氧化锆溶胶的陈化方法是将温度保持在60~80℃，陈化时间为24~36h。

在本发明一个较佳实施例中，保持温度的方法包括置于烘箱之中或者置于微波干燥机中保温。

在本发明一个较佳实施例中，溶剂置换包括先用乙醇放入50-65℃的烘箱中置换三次，然后用正硅酸乙酯/乙醇溶液置换两次，最后再用乙醇置换三次；正硅酸乙酯/乙醇溶液的体积分数为15~20%。

在本发明一个较佳实施例中，所述干燥方式为常温干燥、微波干燥、冷冻干燥和超临界干燥的一种或多种组合。

本发明的有益效果是：本发明使用乙醇和氢氧化钠溶液等环保原料制备氧化锆气凝胶，可以减少对环境的污染，且同时不会降低气凝胶优异的隔热吸波性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是实施例1制备的绿色环保氧化锆气凝胶材料的sem照片；

图2是实施例2制备的绿色环保氧化锆气凝胶材料的sem照片。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本发明实施例包括：

一种钇稳定氧化锆气凝胶的绿色制备方法，包括以下步骤：

1）氧化锆溶胶的制备

将硝酸氧锆、硝酸钇、去离子水和乙醇按比例混合，并在低温冷冻下搅拌至完全溶解后加入甲酰胺搅拌，随后加入氢氧化钠溶液，搅拌后形成氧化锆溶胶，并将氧化锆溶胶转移至容器中并密封；

所述硝酸氧锆和硝酸钇为前驱体成分，硝酸氧锆与硝酸钇的重量比为1：0.1~0.3，所述硝酸氧锆与去离子水和乙醇的重量比为1：4~6：12~16。硝酸氧锆与甲酰胺的重量比为1：0.1~0.15。硝酸氧锆与氢氧化钠溶液的重量比为1：0.8~1.2；氢氧化钠溶液的浓度为2~4mol/l。

2)氧化锆气凝胶的固化和干燥

将密封的容器内的氧化锆溶胶进行陈化后形成凝胶，陈化温度保持在60~80℃，陈化时间为24~36h。在得到的凝胶中加入先用乙醇放入50-65℃的烘箱中置换三次，然后用正硅酸乙酯/乙醇溶液置换两次，最后再用乙醇置换三次；其中，正硅酸乙酯/乙醇溶液的体积分数为15~20%。将得到的湿凝胶进行干燥，最终获得绿色环保氧化锆气凝胶材料。

所述干燥方式为常温干燥、微波干燥、冷冻干燥和超临界干燥的一种或多种组合。

优选实施例1：参阅图1

一种钇稳定氧化锆气凝胶的绿色制备方法，包括以下步骤：

1)将硝酸氧锆、硝酸钇、去离子水和乙醇按照每0.5g硝酸氧锆配有0.1g的硝酸钇、2.5ml的去离子水和7.5ml的乙醇比例混合，并在搅拌至完全溶解后加入0.06ml的甲酰胺搅拌一段时间，随后加入0.4~0.6ml的浓度为2mol/l氢氧化钠，形成氧化锆溶胶，并将氧化锆溶胶转移至烧杯中并密封；

2)将密封的烧杯置于烘箱中，设置温度为70℃，陈化时间为24~36h，形成凝胶；在得到的凝胶中加入乙醇进行溶剂置换，放入60℃的烘箱中置换三次，然后用正硅酸乙酯/乙醇溶液置换两次，最后再用乙醇置换三次。将得到的湿凝胶用超临界干燥法进行干燥，最终获得绿色环保氧化锆气凝胶材料。

制备的绿色环保钇稳定氧化锆气凝胶材料孔隙丰富，形貌均匀。

优选实施例2：参阅图2

一种钇稳定氧化锆气凝胶的绿色制备方法，将实施例中步骤(1)的氢氧化钠溶液和体积改变成0.6ml，其余同实例1。此时制备绿色环保钇稳定氧化锆气凝胶材料孔隙丰富，形貌均匀。

本发明使用绿色环保的原料制备钇稳定氧化锆气凝胶，可以减少对环境的污染，且同时不会降低气凝胶优异的隔热吸波性能。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。