RU2445260C1 - Способ получения высокопористого ксерогеля - Google Patents
Способ получения высокопористого ксерогеля Download PDFInfo
- Publication number
- RU2445260C1 RU2445260C1 RU2010135215/05A RU2010135215A RU2445260C1 RU 2445260 C1 RU2445260 C1 RU 2445260C1 RU 2010135215/05 A RU2010135215/05 A RU 2010135215/05A RU 2010135215 A RU2010135215 A RU 2010135215A RU 2445260 C1 RU2445260 C1 RU 2445260C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sol
- organic solvent
- solvent
- highly porous
- xerogel
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 15
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims abstract description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 11
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 23
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 15
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 13
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920005830 Polyurethane Foam Polymers 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011496 polyurethane foam Substances 0.000 description 3
- 238000000352 supercritical drying Methods 0.000 description 3
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 2
- LELOWRISYMNNSU-UHFFFAOYSA-N hydrogen cyanide Chemical compound N#C LELOWRISYMNNSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101150096674 C20L gene Proteins 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102220543923 Protocadherin-10_F16L_mutation Human genes 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 101100445889 Vaccinia virus (strain Copenhagen) F16L gene Proteins 0.000 description 1
- 101100445891 Vaccinia virus (strain Western Reserve) VACWR055 gene Proteins 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000009700 powder processing Methods 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000527 sonication Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 231100000167 toxic agent Toxicity 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу получения высокопористого ксерогеля. Способ осуществляют по золь-гель технологии. Синтез исходного геля происходит при воздействии ультразвука в жидкой смеси двух взаимонерастворимых жидких фаз. Сплошная фаза является водным золем кремниевой кислоты или оксида алюминия. Дисперсная фаза является органическим растворителем, не растворимым в указанных золях. При этом размер частиц фазы органического растворителя регулируется с помощью интенсивности ультразвуковой обработки. Обеспечивается получение высокопористых ксерогелей регулируемой плотности и пористости. 1 ил., 7 пр.
Description
Предлагаемое изобретение относится к способу получения высокопористого ксерогеля регулируемой плотности и пористости.
Ксерогели с пористостью более 60% и плотностью менее 0,6 г/см3, как и аэрогели сверхкритической сушки, характеризуются низкой теплопроводностью, что обусловлено высокой пористостью, а также тем, что наноструктурированные стенки ксерогелей (с размером первичных глобул до 8 нм) проводят тепло гораздо хуже, чем обычные материалы.
Во время сушки традиционных гелей под действием капиллярных сил возникают очень большие напряжения, которые в сочетании с низкой стабильностью высокопористой структуры приводят при сушке к сжатию материала, что изменяет его первоначальную структуру и повышает его теплопроводность.
Сжатия и изменения структуры можно избежать, если гель подвергнуть сверхкритической сушке, как это описано, например, в патентах [1-3]. При этом для сушки геля из спирта, например метанола, требуется обеспечить температуру от 250 до 260°С и давление от 9,7 до 15,9 МПа, что связано со значительными энергозатратами и сложностью аппаратурного оформления процесса. Кроме того, полученные таким способом аэрогели механически весьма неустойчивы.
Известны способы получения ксерогелей с плотностью менее 0,3 г/см3 и пористостью свыше 60%, при которых становится излишней сверхкритическая сушка гелей. При этом гели модифицируют обработкой внутренней поверхности, например, силицилированием в случае SiO2-ксерогеля, настолько, что возможна их сушка на воздухе, которая не сопровождается коллапсом [4-5]. К недостаткам этих способов относятся многостадийность процесса, необходимость замещения растворителя и/или осуществления процесса промывания геля растворителем (от одного до четырех раз за цикл наработки образца). Кроме того, способы характеризуются высокой энергоемкостью процесса получения материала.
Наиболее близким аналогом заявленному изобретению является способ, заключающийся в пропитке пористого каркаса (пенополиуретан) раствором вещества - прекурсора для будущего ксерогеля с последующим выжиганием пористой основы [6-7]. Метод характеризуется образованием ксерогелей с узким распределением размером пор (0,5-53 мкм), при этом удается избежать возможных деструкций ксерогелей, как, например, по золь-гель технологии.
Серьезным недостатком приведенного метода является то, что размер пор получаемых ксерогелей определяется пористостью используемого пенополиуретана и регулирование размера пор в ходе процесса получения ксерогеля невозможно, кроме того, затруднена возможность получения частиц ксерогелей в виде гранул требуемой фракции. К недостаткам способа относится также необходимость применения высоких температур (порядка 300°С), что связано с повышенными энергозатратами и сложностью технологического оформления процесса, кроме того, процесс деструкции пенополиуретана сопровождается образованием токсичных соединений (монооксид углерода, оксиды азота, синильная кислота).
Техническим результатом заявленного изобретения является получение высокопористых ксерогелей регулируемой плотности. Технический результат достигается за счет того, что синтез исходного геля осуществляется при воздействии ультразвука в жидкой смеси, представляющей собой две взаимонерастворимые жидкие фазы, одна из которых - сплошная является водным золем кремниевой кислоты или оксида алюминия, а другая - дисперсная - органическим растворителем, подобранным таким образом, чтобы он не был растворим в указанных золях. При этом размер частиц фазы органического растворителя регулируется с помощью интенсивности ультразвуковой обработки.
Преимуществом изобретения является то, что заявленный способ позволяет получать высокопористые ксерогели с регулируемым размером пор, обеспечивает возможность получения гранул требуемых фракций при несложном технологическом оформлении процесса.
На фигуре 1 приведена схема получения высокопористого ксерогеля по заявленному способу.
Сущность изобретения заключается в том, что за счет получения геля используются две взаимонерастворимые фазы, обеспечивающие создание дополнительной искусственной пористости. После процесса смешения двух взаимонерастворимых фаз (водные золи кремниевой кислоты или оксида алюминия 1 и несмешивающегося с ними органического растворителя 2) и непрерывного воздействия ультразвука 3, обеспечивающего максимальное диспергирование органического растворителя в золе, происходит гелирование золя и образование геля 5, содержащего в своей структуре капли органического растворителя 4. При высыхании геля и испарении растворителя образуется ксерогель 6 с повышенной искусственной пористостью 7. Размер пор регулируется интенсивностью ультразвуковой обработки, а количество пор - соотношением золя и органического растворителя. Для достижения большей дисперсности органического растворителя в золе (с целью уменьшения диаметра искусственных пор) возможно введение в смесь двух фаз поверхностно-активных веществ. Химическая природа органического растворителя при условии, что выполняется требование несмешиваемости его с водными золями кремниевой кислоты и оксида алюминия, не влияет на конечную пористость получаемого ксерогеля.
Для подтверждения заявленного технического результата согласно ниже приведенной методике были изготовлены образцы ксерогелей согласно предлагаемому способу.
Для приготовления ксерогеля вначале берут требуемое количество водного золя кремниевой кислоты или оксида алюминия и смешивают с необходимым количеством (в зависимости от требуемой пористости получаемого ксерогеля) органического растворителя, не смешивающегося с указанными водными золями. Далее смесь подвергают озвучиванию (использовался ультразвуковой диспергатор УЗГ 15-0,1/22) до гелеобразования. Полученный гель сушат (возможна сушка как при нормальных условиях, так и для ускорения процесса при повышенной температуре). Если необходимо получить гранулы требуемой фракции, возможно использование распылительной сушилки. Ниже приведены примеры получения ксерогелей согласно приведенной методике и их характеристики (пористость и размер создаваемых пор).
Пример 1
В качестве золя был использован водный золь кремниевой кислоты с концентрацией в пересчете на оксид кремния 2%, а в качестве растворителя - бензин-растворитель. Объемное соотношение золя и растворителя 1:1 соответственно. Интенсивность озвучивания 60 Вт/л. Пористость полученного ксерогеля 0.80, средний размер создаваемых пор 0.5 мкм.
Пример 2
В качестве золя был использован водный золь кремниевой кислоты с концентрацией в пересчете на оксид кремния 3%, а в качестве растворителя - бензин-растворитель. Объемное соотношение золя и растворителя 2:1 соответственно. Интенсивность озвучивания 100 Вт/л. Пористость полученного ксерогеля 0.62, средний размер создаваемых пор 0.4 мкм.
Пример 3
В качестве золя был использован водный золь кремниевой кислоты с концентрацией в пересчете на оксид кремния 2%, а в качестве растворителя - толуол. Объемное соотношение золя и растворителя 1:1 соответственно. Интенсивность озвучивания 120 Вт/л. Пористость полученного ксерогеля 0.82, средний размер создаваемых пор 0.34 мкм.
Пример 4
В качестве золя был использован водный золь кремниевой кислоты с концентрацией в пересчете на оксид кремния 2%, а в качестве растворителя - ксилол. Объемное соотношение золя и растворителя 1:1 соответственно. Интенсивность озвучивания 150 Вт/л. Пористость полученного ксерогеля 0.83, средний размер создаваемых пор 0.31 мкм.
Пример 5
В качестве золя был использован водный золь кремниевой кислоты с концентрацией в пересчете на оксид кремния 2%, а в качестве растворителя - бензин-растворитель. Объемное соотношение золя и растворителя 1:1 соответственно. Интенсивность озвучивания 60 Вт/л. Пористость полученного ксерогеля 0.81, размер создаваемых пор 0.49 мкм.
Пример 6
В качестве золя был использован водный золь оксида алюминия с концентрацией в пересчете на оксид алюминия 2,1%, а в качестве растворителя - бензин-растворитель. Объемное соотношение золя и растворителя 1:1 соответственно. Интенсивность озвучивания 60 Вт/л. Пористость полученного ксерогеля 0.82, средний размер создаваемых пор 0.5 мкм.
Пример 7
В качестве золя был использован водный золь оксида алюминия с концентрацией в пересчете на оксид алюминия 2,1%, а в качестве растворителя - бензин-растворитель. Объемное соотношение золя и растворителя 2:1 соответственно. Интенсивность озвучивания 60 Вт/л. Пористость полученного ксерогеля 0.64, средний размер создаваемых пор 0.5 мкм.
Приведенные примеры подтверждают заявленный технический результат, при этом заявленный способ изобретения может быть реализован с использованием любого органического растворителя или их смеси, отвечающей условию несмешиваемости с водными золями кремниевой кислоты и оксида алюминия, а соотношение золя и растворителя определяется желаемой пористостью получаемого ксерогеля. Также для реализации способа может быть выбрана любая интенсивность озвучивания, определяемая желаемым размером пор.
Источники информации
1. Патент ЕР 0382310 от 10.02.1989, МПК С01В 13/32, С01В 33/158, B01J 13/00, опубл. 16.08.1990.
2. Патент ЕР 0018955 от 30.04.1979, МПК С01В 33/00, С01В 33/158, B01J 13/00, опубл. 12.11.1980.
3. Патент US 2007/0154379 A1 от 14.11.2006, МПК С01В 33/12, опубл 05.07.2007.
4. Патент DE 4342548 от 14.12.1993, МПК С01В 33/157, F16L 59/00 опубл. 22.06.1995.
5. Патент US 5795556 от 14.12.1993, МПК С01В 33/158, С01В 33/16 опубл. 18.08.1998.
6. L.Montanaro, Y.Jorand, G.Fantozzi, J.A.Negro. Ceramic foams by powder processing. European Ceram. Soc., 1998, 18, pp.1339-1350.
7. S.N.Jayasinghe, M.J.Edirisinghe. A novel method of forming open cell ceramic foam. J.Porous Mater., 2002, 9, pp.1380-2224 (прототип).
Claims (1)
- Способ получения высокопористых ксерогелей регулируемой плотности по золь-гель технологии, отличающийся тем, что синтез исходного геля осуществляется при воздействии ультразвука в жидкой смеси, представляющей собой две взаимонерастворимые жидкие фазы, одна из которых - сплошная - является водным золем кремниевой кислоты или оксида алюминия, а другая - дисперсная - органическим растворителем, подобранным таким образом, чтобы он не был растворим в указанных золях, при этом размер частиц фазы органического растворителя регулируется с помощью интенсивности ультразвуковой обработки.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010135215/05A RU2445260C1 (ru) | 2010-08-25 | 2010-08-25 | Способ получения высокопористого ксерогеля |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010135215/05A RU2445260C1 (ru) | 2010-08-25 | 2010-08-25 | Способ получения высокопористого ксерогеля |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2445260C1 true RU2445260C1 (ru) | 2012-03-20 |
Family
ID=46030079
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010135215/05A RU2445260C1 (ru) | 2010-08-25 | 2010-08-25 | Способ получения высокопористого ксерогеля |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2445260C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2614146C1 (ru) * | 2015-12-10 | 2017-03-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Способ получения нанопористого материала для чувствительных элементов газовых сенсоров и нанопористый материал, полученный этим способом |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1239094A1 (ru) * | 1984-03-05 | 1986-06-23 | Калушское Опытное Производство Специального Конструкторско-Технологического Бюро Отделения Химии Поверхности Института Физической Химии Им.Л.В.Писаржевского | Способ получени аэросилогел |
| WO2003002458A1 (fr) * | 2001-06-29 | 2003-01-09 | Japan Science And Technology Corporation | Procede de preparation d'une matiere inorganique poreuse |
| CN1772607A (zh) * | 2004-11-11 | 2006-05-17 | 安泰科技股份有限公司 | 超声处理制备球形纳米二氧化硅粒子的方法 |
-
2010
- 2010-08-25 RU RU2010135215/05A patent/RU2445260C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1239094A1 (ru) * | 1984-03-05 | 1986-06-23 | Калушское Опытное Производство Специального Конструкторско-Технологического Бюро Отделения Химии Поверхности Института Физической Химии Им.Л.В.Писаржевского | Способ получени аэросилогел |
| WO2003002458A1 (fr) * | 2001-06-29 | 2003-01-09 | Japan Science And Technology Corporation | Procede de preparation d'une matiere inorganique poreuse |
| CN1772607A (zh) * | 2004-11-11 | 2006-05-17 | 安泰科技股份有限公司 | 超声处理制备球形纳米二氧化硅粒子的方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2614146C1 (ru) * | 2015-12-10 | 2017-03-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Способ получения нанопористого материала для чувствительных элементов газовых сенсоров и нанопористый материал, полученный этим способом |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Błaszczyński et al. | Synthesis of silica aerogel by supercritical drying method | |
| Guo et al. | Synthesis and surface functional group modifications of ordered mesoporous carbons for resorcinol removal | |
| Cheng et al. | Effect of surface modification on physical properties of silica aerogels derived from fly ash acid sludge | |
| Misran et al. | Nonsurfactant route of fatty alcohols decomposition for templating of mesoporous silica | |
| Lin et al. | Sol–gel preparation of polymethylsilsesquioxane aerogel membranes for CO2 absorption fluxes in membrane contactors | |
| Waldron et al. | Formation of uniform large SBA-15 microspheres via spray drying | |
| Li et al. | A novel preparation of superhydrophobic silica aerogels via the combustion drying method | |
| Arumugam et al. | Synthesis of SBA-15 from low cost silica precursor obtained from sugarcane leaf ash and its application as a support matrix for lipase in biodiesel production | |
| Sarawade et al. | Synthesis and characterization of micrometer-sized silica aerogel nanoporous beads | |
| Morales-Torres et al. | Structural characterization of carbon xerogels: From film to monolith | |
| CN103979547B (zh) | 阶层多孔氧化硅的制备方法 | |
| Gao et al. | Preparation of silica aerogel from oil shale ash by fluidized bed drying | |
| CN102849749B (zh) | 介孔-大孔多级有序单分散微米球及其制备方法 | |
| CN106478051B (zh) | 一种硅藻土复合材料及其制备方法 | |
| Gong et al. | A novel silica aerogel microspheres loaded with ammonium persulfate gel breaker for mid-deep reservoirs | |
| García-Torres et al. | Synthesis of silica aerogels microspheres prepared by ink jet printing and dried at ambient pressure without surface hydrophobization | |
| Tu et al. | Ultralight silica foams with a hierarchical pore structure via a surfactant-free high internal phase emulsion process | |
| CN101966994B (zh) | 多孔二氧化硅空心微球的制备方法 | |
| Karaman et al. | One-pot synthesis of pore-expanded hollow mesoporous silica particles | |
| Vale et al. | Silica-based microspheres with interconnected macroporosity by phase separation | |
| Chen et al. | Efficient synthesis of hollow silica microspheres useful for porous silica ceramics | |
| Ju et al. | Preparation of size-controllable monodispersed carbon@ silica core-shell microspheres and hollow silica microspheres | |
| Ma et al. | A novel way for preparing high surface area silica monolith with bimodal pore structure | |
| RU2445260C1 (ru) | Способ получения высокопористого ксерогеля | |
| Berdys et al. | Fabrication and performance of monolithic continuous-flow silica microreactors |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140826 |