CN111099596B - 一种在二氧化硅气凝胶颗粒表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的简易方法 - Google Patents
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Abstract
一种在二氧化硅气凝胶颗粒表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的简易方法，它涉及表面改性领域，具体涉及二氧化硅气凝胶颗粒表面改性方法。本发明的目的是为解决现有改性方法制备的疏水二氧化硅气凝胶颗粒在高温环境下疏水性能降低或丧失的问题。方法：一、制备载有尿素或三聚氰胺、硼酸和二氧化硅气凝胶颗粒混合物的陶瓷舟；二、化学气相沉积；三、自然冷却，得到表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒。本发明可获得表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒。
Description
技术领域
本发明涉及表面改性领域，具体涉及二氧化硅气凝胶颗粒表面改性方法。
背景技术
二氧化硅气凝胶是一种以纳米量级胶体粒子相互聚集构成的纳米多孔网络结构，由于二氧化硅气凝胶纳米尺度的颗粒及孔隙分布,使其具有很低的热导率,因而该材料最具潜力的应用是作为一种超级隔热材料使用。
二氧化硅气凝胶的制备通常由溶胶-凝胶过程和干燥过程构成，通过溶胶－凝胶反应机理可知，二氧化硅气凝胶表面存在大量亲水的羟基和未水解的乙氧基官能团，使其对水分很敏感，这不仅降低了二氧化硅气凝胶的导热性，也影响了其耐用性及防腐性等性能。针对二氧化硅气凝胶的疏水改性，已经有很多研究和报道。疏水二氧化硅气凝胶的制备有两种途径：1表面后处理法：经溶胶-凝胶过程制备的二氧化硅凝胶表面有大量的羟基；可利用表面羟基的反应活性加入能与凝胶表面硅羟基发生化学反应的化合物,消除表面羟基,并连接上疏水基团，制得疏水二氧化硅凝胶，干燥后得到疏水二氧化硅气凝胶。2原位法：在硅醇盐的溶胶一凝胶体系加入含疏水基团的硅醇盐,经过溶胶-凝胶过程直接形成疏水二氧化硅凝胶,干燥后得到二氧化硅气凝胶。例如Rao和Kulkarni等以正硅酸乙酯、正硅酸甲酯和水玻璃为硅源,分别采用三羟甲基甲胺、三甲基氯硅烷、六甲基二硅氧烷和六甲基二硅氮烷等疏水表面改性剂，对亲水凝胶进行疏水改性，并结合超临界干燥制备了疏水二氧化硅气凝胶。Fritz等以甲基三乙氧基硅烷混合物作为溶胶-凝胶的前驱体时，在碱性条件下，经过溶胶-凝胶过程得到疏水凝胶,并经超临界干燥得到了疏水二氧化硅气凝胶。然而现有的疏水改性方法均存在受热后疏水官能团断裂，疏水性能下降的问题。
自1995年，Chopra等采用电弧放电法首次合成了氮化硼纳米管，氮化硼纳米管就因其与碳纳米管结构类似，具有与碳纳米管相当的力学性能、更优异的化学性质、更好的耐热和抗氧化性能等备受关注。由于氮化硼纳米管微纳结构的特殊性质，被应用于超疏水涂层领域。哈尔滨工业大学刘晓为等人在公开日为2013年1月30日，申请号为201210391481.4的中国专利申请公开了一种氮化硼纳米管疏水膜的制备方法，将氮化硼纳米管经气相沉积沉积于不锈钢基底上，该复合材料具有优异超疏水性，该发明证实了可将氮化硼纳米管包覆于其它材料表层对材料进行疏水改性。但尚未发现在SiO2气凝胶颗粒生长超疏水氮化硼纳米片薄层的发明研究。
因此，通过合理手段，在SiO2气凝胶表面生长超疏水氮化硼纳米片薄层，实现在高温情况下，使SiO2气凝胶表面仍具有疏水性，对保证材料性能，扩宽材料应用领域具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是为解决现有改性方法制备的疏水二氧化硅气凝胶颗粒在高温环境下疏水性能降低或丧失的问题，而提供一种在二氧化硅气凝胶颗粒表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的简易方法。
一种在二氧化硅气凝胶颗粒表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的简易方法，是按以下步骤完成的：
一、采用方法1或方法2制备载有混合物的陶瓷舟；
所述的方法1为：将尿素或三聚氰胺平铺在陶瓷舟底部，再将硼酸平铺于尿素或三聚氰胺上方，最后将二氧化硅气凝胶颗粒平铺于硼酸上方，得到载有混合物的陶瓷舟；
所述的方法2为：将尿素或三聚氰胺、硼酸和二氧化硅气凝胶颗粒均匀混合，得到混合物；将混合物平铺在陶瓷舟底部，得到载有混合物的陶瓷舟；
二、将载有混合物的陶瓷舟置于管式炉的反应区，再将管式炉两端分别接上通气管并密封，向管式炉中以1000mL·min-1～2000mL·min-1的气体流量通入保护气体10min～20min，在常压下排净管式炉中的空气，再将保护气的流量调节至80～200mL·min-1，启动管式炉，将管式炉的反应区温度升温至1100℃～1150℃，并在1100℃～1150℃下保温30min～180min；
三、关闭管式炉，保持管式炉中的保护气的流量为80mL·min-1～200mL·min-1，再在保护气的流量为80mL·min-1～200mL·min-1下将管式炉自然冷却至室温，再将陶瓷舟取出，得到表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒，即完成一种在二氧化硅气凝胶颗粒表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的简易方法。
本发明与现有技术相比的优点在于：
一、本发明采用二氧化硅气凝胶颗粒直接作为氮化硼纳米片生长的基底，采用化学气相沉积方法，通过合理的控制氮气的流量，尿素或三聚氰胺、硼酸和二氧化硅气凝胶混合物的比例和混合方式，实现了在二氧化硅气凝胶颗粒表层包覆氮化硼纳米片的最佳反应条件，从而获得具有最佳疏水性的氮化硼纳米片；
二、本发明方法在常压下即可制备表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒；
三、本发明中氨源采用尿素或三聚氰胺，硼源采用硼酸，原料本身无毒，价格低，易购得；从本质上减少了原料对人体的侵害，也大大节约了成本；
四、本发明采用了惰性气体氮气作为保护气，相比常见用氢气或氨气作为保护气，提高了改工艺的安全性和大规模工业化的可能性；
五、本发明表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒在温度为350℃～700℃的高温下仍保持原有状态，不发生变形，且保持高疏水性，而现有方法制备的疏水二氧化硅气凝胶颗粒在250℃以上温度时会出现随着温度的升高疏水性能下降直至消失的问题，这是因为，现有方法制备的疏水二氧化硅气凝胶颗粒是靠其有机官能团疏水，而有机官能团数量会随温度的升高而降低，导致疏水性能下降。而本发明制备的表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶是靠表面氮化硼纳米管的特殊微纳米结构疏水，理论上氮化硼纳米片微结构在空气中反应温度大于900℃疏水性才有可能消失。
本发明可获得表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒。
附图说明
图1为实施例一步骤三中制备的表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒的SEM图；
图2为实施例一步骤三中制备的表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒的红外光谱曲线；
图3为实施例一步骤三中制备的表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒的热重曲线；
图4为实施例一步骤三中制备的表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒的接触角照片；
图5为实施例一步骤三中制备的表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒在空气中加热到700℃且保温60min后的接触角照片。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种在二氧化硅气凝胶颗粒表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的简易方法，是按以下步骤完成的：
一、采用方法1或方法2制备载有混合物的陶瓷舟；
所述的方法1为：将尿素或三聚氰胺平铺在陶瓷舟底部，再将硼酸平铺于尿素或三聚氰胺上方，最后将二氧化硅气凝胶颗粒平铺于硼酸上方，得到载有混合物的陶瓷舟；
所述的方法2为：将尿素或三聚氰胺、硼酸和二氧化硅气凝胶颗粒均匀混合，得到混合物；将混合物平铺在陶瓷舟底部，得到载有混合物的陶瓷舟；
二、将载有混合物的陶瓷舟置于管式炉的反应区，再将管式炉两端分别接上通气管并密封，向管式炉中以1000mL·min-1～2000mL·min-1的气体流量通入保护气体10min～20min，在常压下排净管式炉中的空气，再将保护气的流量调节至80～200mL·min-1，启动管式炉，将管式炉的反应区温度升温至1100℃～1150℃，并在1100℃～1150℃下保温30min～180min；
三、关闭管式炉，保持管式炉中的保护气的流量为80mL·min-1～200mL·min-1，再在保护气的流量为80mL·min-1～200mL·min-1下将管式炉自然冷却至室温，再将陶瓷舟取出，得到表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒，即完成一种在二氧化硅气凝胶颗粒表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的简易方法。
本实施方式与现有技术相比的优点在于：
一、本实施方式采用二氧化硅气凝胶颗粒直接作为氮化硼纳米片生长的基底，采用化学气相沉积方法，通过合理的控制氮气的流量，尿素或三聚氰胺、硼酸和二氧化硅气凝胶混合物的比例和混合方式，实现了在二氧化硅气凝胶颗粒表层包覆氮化硼纳米片的最佳反应条件，从而获得具有最佳疏水性的氮化硼纳米片；
二、本实施方式方法在常压下即可制备表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒；
三、本实施方式中氨源采用尿素或三聚氰胺，硼源采用硼酸，原料本身无毒，价格低，易购得；从本质上减少了原料对人体的侵害，也大大节约了成本；
四、本实施方式采用了惰性气体氮气作为保护气，相比常见用氢气或氨气作为保护气，提高了改工艺的安全性和大规模工业化的可能性；
五、本实施方式表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒在温度为350℃～700℃的高温下仍保持原有状态，不发生变形，且保持高疏水性，而现有方法制备的疏水二氧化硅气凝胶颗粒在250℃以上温度时会出现随着温度的升高疏水性能下降直至消失的问题，这是因为，现有方法制备的疏水二氧化硅气凝胶颗粒是靠其有机官能团疏水，而有机官能团数量会随温度的升高而降低，导致疏水性能下降。而本实施方式制备的表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶是靠表面氮化硼纳米管的特殊微纳米结构疏水，理论上氮化硼纳米片微结构在空气中反应温度大于900℃疏水性才有可能消失。
本实施方式可获得表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一中所述的二氧化硅气凝胶颗粒是按以下步骤制备的：
①、将正硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水按摩尔比1:8:3.75混合均匀，得到前驱体溶液；
②、使用浓度为0.1mol/L的草酸溶液将前驱体溶液的pH值调节至3～4，再在磁力搅拌器下搅拌60min，得到混合溶液；将混合溶液置于水浴锅中，再在温度为60℃下恒温水解16h，得到水解后的混合溶液；
③、使用浓度为0.5mol/L的氨水溶液将水解后的混合溶液的pH值调节至7～8，搅拌均匀后静置30min，得到凝胶；
④、首先向凝胶中加入无水乙醇老化12h，然后向凝胶中加入正己烷老化12h，最后向凝胶中再次加入正己烷老化12h；
步骤④中所述的无水乙醇与凝胶的体积比为1:5；
步骤④中所述的正己烷与凝胶的体积比为1:5；
⑤、循环步骤④1次～2次，最后放入干燥箱中，首先在50℃下干燥4h，然后在80℃下干燥3h，最后在120℃下干燥2h，干燥完成后进行研磨，得到二氧化硅气凝胶颗粒；
步骤⑤中所述的二氧化硅气凝胶颗粒的粒径为50μm～150μm。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤一中所述的尿素的粒径为50μm～150μm，三聚氰胺的粒径为50μm～150μm，硼酸的粒径为50μm～150μm。其它步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：方法1中二氧化硅气凝胶颗粒与硼酸的摩尔比为1:(1～10)，硼酸与尿素的摩尔比为1:(2～4)，硼酸与三聚氰胺的摩尔比为1:(1～3)。其它步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：方法2中二氧化硅气凝胶颗粒与硼酸的摩尔比为1:(1～10)，硼酸与尿素的摩尔比为1:(2～4)，硼酸与三聚氰胺的摩尔比为1:(1～3)。其它步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤二中所述的保护气体为氮气。其它步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤三中所述的保护气体为氮气。其它步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤二中将载有混合物的陶瓷舟置于管式炉的反应区，再将管式炉两端分别接上通气管并密封，向管式炉中以1100mL·min-1的气体流量通入保护气体10min，在常压下排净管式炉中的空气，再将保护气的流量调节至80mL·min-1，启动管式炉，将管式炉的反应区温度升温至1100℃，并在1100℃下保温30min～60min。其它步骤与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤二将载有混合物的陶瓷舟置于管式炉的反应区，再将管式炉两端分别接上通气管并密封，向管式炉中以1000mL·min-1～1500mL·min-1的气体流量通入保护气体10min～15min，在常压下排净管式炉中的空气，再将保护气的流量调节至100～150mL·min-1，启动管式炉，将管式炉的反应区温度升温至1100℃，并在1100℃下保温60min～120min。其它步骤与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤三得到的表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒在化工、油田、电力、或管线供热中应用。其它步骤与具体实施方式一至九相同。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：
实施例一：一种在二氧化硅气凝胶颗粒表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的简易方法，是按以下步骤完成的：
一、将0.93g尿素平铺在陶瓷舟底部，再将0.31g硼酸平铺于尿素上方，最后将0.31g二氧化硅气凝胶颗粒平铺于硼酸上方，得到载有混合物的陶瓷舟；
步骤一中所述的尿素的粒径为50μm～150μm，硼酸的粒径为50μm～150μm；
步骤一中所述的陶瓷舟的长为8cm，宽为4cm；
二、将载有混合物的陶瓷舟置于管式炉的反应区，再将管式炉两端分别接上通气管并密封，向管式炉中以1000mL·min-1的气体流量通入保护气体10min，在常压下排净管式炉中的空气，再将保护气的流量调节至80mL·min-1，启动管式炉，将管式炉的反应区温度升温至1100℃，并在1100℃下保温60min；
步骤二中所述的保护气体为氮气；
三、关闭管式炉，保持管式炉中的保护气的流量为80mL·min-1，再在保护气的流量为80mL·min-1下将管式炉自然冷却至室温，再将陶瓷舟取出，得到表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒，即完成一种在二氧化硅气凝胶颗粒表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的简易方法；
步骤三中所述的保护气体为氮气。
图1为实施例一步骤三中制备的表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒的SEM图；
从图1可以看到，二氧化硅气凝胶颗粒的表面包覆了一层氮化硼纳米片薄层，且由于二氧化硅气凝胶颗粒的模版作用，使氮化硼纳米片薄层具有微纳结构，从而使其具有良好的疏水性能。
图2为实施例一步骤三中制备的表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒的红外光谱曲线；
从图2中可以看出，1383.70cm-1处的振动峰是由面内的B-N键横向光学振动模式产生的，而798.85cm-1处的振动峰可归因于B-N-B面外弯曲振动模式，且各谱峰很强，说明材料含有h-BN。1108.2cm-1处的振动峰归因于Si-O-Si的振动模式，471.51cm-1处的振动峰是由于O-Si-O键的弯曲振动模式。综上所述，材料应为氮化硼-二氧化硅气凝胶复合材料。
图3为实施例一步骤三中制备的表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒的热重曲线；
从图3所知，实施例一步骤三中制备的表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒的质量在初始阶段的微弱降低，归因于制备多孔物质时，其孔洞内吸附的微量氮气，产物受热吸出。随后曲线的微弱上升可能与材料含有的杂质有关，继续随着温度的上升，曲线再次下降，这与样品中含有的C等杂质被脱除有关。在800℃左右时其质量明显增加，是由于氮化硼发生氧化，转变为氧化硼。即，样品的抗氧化性温度为800℃，与其经过700℃煅烧后，仍保持高疏水性能相符。
在实施例一步骤三制备的表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒滴5微升的水滴，测试其接触角，如图4所示；
图4为实施例一步骤三中制备的表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒的接触角照片；
从图4可知，实施例一步骤三中制备的表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶的疏水角为136.53°，可见表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶为高疏水材料。
将实施例一步骤三中制备的表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒在空气中加热至700℃，并在700℃下保温60min，得到加热处理的表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒；在加热处理的表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒滴5微升的水滴，测试其接触角，如图5所示；
图5为实施例一步骤三中制备的表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒在空气中加热到700℃且保温60min后的接触角照片。
从图5可知，实施例一步骤三中制备的表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒在空气中加热到700℃且保温60min后的疏水角为135.98°，可见其在高温下疏水性未受影响。
实施例二：一种在二氧化硅气凝胶颗粒表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的简易方法，是按以下步骤完成的：
一、将1.86g尿素，0.62g硼酸和0.31g二氧化硅气凝胶颗粒混合均匀，得到混合物；将混合物平铺在陶瓷舟底部，得到载有混合物的陶瓷舟；
步骤一中所述的尿素的粒径为50μm～150μm，硼酸的粒径为50μm～150μm；
步骤一中所述的陶瓷舟的长为8cm，宽为4cm；
二、将载有混合物的陶瓷舟置于管式炉的反应区，再将管式炉两端分别接上通气管并密封，向管式炉中以1000mL·min-1的气体流量通入保护气体10min，在常压下排净管式炉中的空气，再将保护气的流量调节至80mL·min-1，启动管式炉，将管式炉的反应区温度升温至1100℃，并在1100℃下保温60min；
步骤二中所述的保护气体为氮气；
三、关闭管式炉，保持管式炉中的保护气的流量为80mL·min-1，再在保护气的流量为80mL·min-1下将管式炉自然冷却至室温，再将陶瓷舟取出，得到表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒，即完成一种在二氧化硅气凝胶颗粒表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的简易方法；
步骤三中所述的保护气体为氮气。
实施例二制备的表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒的疏水角为132.96°。
实施例二制备的表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒在空气中加热到700℃且保温60min后的疏水角为131.87°。
实施例三：一种在二氧化硅气凝胶颗粒表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的简易方法，是按以下步骤完成的：
一、将1.86g尿素平铺在陶瓷舟底部，再将0.62g硼酸平铺于尿素上方，最后将0.31g二氧化硅气凝胶颗粒平铺于硼酸上方，得到载有混合物的陶瓷舟；
步骤一中所述的尿素的粒径为50μm～150μm，硼酸的粒径为50μm～150μm；
步骤一中所述的陶瓷舟的长为8cm，宽为4cm；
二、将载有混合物的陶瓷舟置于管式炉的反应区，再将管式炉两端分别接上通气管并密封，向管式炉中以1000mL·min-1的气体流量通入保护气体10min，在常压下排净管式炉中的空气，再将保护气的流量调节至80mL·min-1，启动管式炉，将管式炉的反应区温度升温至1100℃，并在1100℃下保温60min；
步骤二中所述的保护气体为氮气；
三、关闭管式炉，保持管式炉中的保护气的流量为80mL·min-1，再在保护气的流量为80mL·min-1下将管式炉自然冷却至室温，再将陶瓷舟取出，得到表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒，即完成一种在二氧化硅气凝胶颗粒表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的简易方法；
步骤三中所述的保护气体为氮气。
实施例三制备的表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒的疏水角为137.55°。
实施例三制备的表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒在空气中加热到700℃且保温60min后的疏水角为136.47°。
实施例四：一种在二氧化硅气凝胶颗粒表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的简易方法，是按以下步骤完成的：
一、将2.5g三聚氰胺平铺在陶瓷舟底部，再将0.62g硼酸平铺于尿素上方，最后将0.31g二氧化硅气凝胶颗粒平铺于硼酸上方，得到载有混合物的陶瓷舟；
步骤一中所述的三聚氰胺的粒径为50μm～150μm，硼酸的粒径为50μm～150μm；
步骤一中所述的陶瓷舟的长为8cm，宽为4cm；
二、将载有混合物的陶瓷舟置于管式炉的反应区，再将管式炉两端分别接上通气管并密封，向管式炉中以1000mL·min-1的气体流量通入保护气体10min，在常压下排净管式炉中的空气，再将保护气的流量调节至80mL·min-1，启动管式炉，将管式炉的反应区温度升温至1100℃，并在1100℃下保温60min；
步骤二中所述的保护气体为氮气；
三、关闭管式炉，保持管式炉中的保护气的流量为80mL·min-1，再在保护气的流量为80mL·min-1下将管式炉自然冷却至室温，再将陶瓷舟取出，得到表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒，即完成一种在二氧化硅气凝胶颗粒表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的简易方法；
步骤三中所述的保护气体为氮气。
实施例四制备的表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒的疏水角为134.13°。
实施例四制备的表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒在空气中加热到700℃且保温60min后的疏水角为133.14°。
实施例一、实施例二、实施例三和实施例四所述的二氧化硅气凝胶颗粒相同，具体制备方法是按以下步骤制备的：
①、将正硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水按摩尔比1:8:3.75混合均匀，得到前驱体溶液；
②、使用浓度为0.1mol/L的草酸溶液将前驱体溶液的pH值调节至3～4，再在磁力搅拌器下搅拌60min，得到混合溶液；将混合溶液置于水浴锅中，再在温度为60℃下恒温水解16h，得到水解后的混合溶液；
③、使用浓度为0.5mol/L的氨水溶液将水解后的混合溶液的pH值调节至7～8，搅拌均匀后静置30min，得到凝胶；
④、首先向凝胶中加入无水乙醇老化12h，无水乙醇与凝胶的体积比1:5，然后向凝胶中加入正己烷老化12h，正己烷与凝胶的体积比为1:5，最后向凝胶中再次加入正己烷老化12h，正己烷与凝胶的体积比为1:5；
⑤、循环步骤④1次，最后放入干燥箱中，首先在50℃下干燥4h，然后在80℃下干燥3h，最后在120℃下干燥2h，干燥完成后进行研磨，得到二氧化硅气凝胶颗粒；
步骤⑤中所述的二氧化硅气凝胶颗粒的粒径为50μm～150μm。
以上内容仅为说明本发明专利的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明专利提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种在二氧化硅气凝胶颗粒表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的简易方法，其特征在于该方法是按以下步骤完成的：
一、采用方法1或方法2制备载有混合物的陶瓷舟；
所述的方法1为：将尿素或三聚氰胺平铺在陶瓷舟底部，再将硼酸平铺于尿素或三聚氰胺上方，最后将二氧化硅气凝胶颗粒平铺于硼酸上方，得到载有混合物的陶瓷舟；
所述的方法2为：将尿素或三聚氰胺、硼酸和二氧化硅气凝胶颗粒均匀混合，得到混合物；将混合物平铺在陶瓷舟底部，得到载有混合物的陶瓷舟；
二、将载有混合物的陶瓷舟置于管式炉的反应区，再将管式炉两端分别接上通气管并密封，向管式炉中以1000mL·min-1～2000mL·min-1的气体流量通入保护气体10min～20min，在常压下排净管式炉中的空气，再将保护气的流量调节至80～200mL·min-1，启动管式炉，将管式炉的反应区温度升温至1100℃～1150℃，并在1100℃～1150℃下保温30min～180min；
三、关闭管式炉，保持管式炉中的保护气的流量为80mL·min-1～200mL·min-1，再在保护气的流量为80mL·min-1～200mL·min-1下将管式炉自然冷却至室温，再将陶瓷舟取出，得到表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒，即完成一种在二氧化硅气凝胶颗粒表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的简易方法。
2.根据权利要求1所述的一种在二氧化硅气凝胶颗粒表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的简易方法，其特征在于步骤一中所述的二氧化硅气凝胶颗粒是按以下步骤制备的：
①、将正硅酸乙酯、无水乙醇和去离子水按摩尔比1:8:3.75混合均匀，得到前驱体溶液；
②、使用浓度为0.1mol/L的草酸溶液将前驱体溶液的pH值调节至3～4，再在磁力搅拌器下搅拌60min，得到混合溶液；将混合溶液置于水浴锅中，再在温度为60℃下恒温水解16h，得到水解后的混合溶液；
③、使用浓度为0.5mol/L的氨水溶液将水解后的混合溶液的pH值调节至7～8，搅拌均匀后静置30min，得到凝胶；
④、首先向凝胶中加入无水乙醇老化12h，然后向凝胶中加入正己烷老化12h，最后向凝胶中再次加入正己烷老化12h；
步骤④中所述的无水乙醇与凝胶的体积比为1:5；
步骤④中所述的正己烷与凝胶的体积比为1:5；
⑤、循环步骤④1次～2次，最后放入干燥箱中，首先在50℃下干燥4h，然后在80℃下干燥3h，最后在120℃下干燥2h，干燥完成后进行研磨，得到二氧化硅气凝胶颗粒；
步骤⑤中所述的二氧化硅气凝胶颗粒的粒径为50μm～150μm。
3.根据权利要求1所述的一种在二氧化硅气凝胶颗粒表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的简易方法，其特征在于步骤一中所述的尿素的粒径为50μm～150μm，三聚氰胺的粒径为50μm～150μm，硼酸的粒径为50μm～150μm。
4.根据权利要求1所述的一种在二氧化硅气凝胶颗粒表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的简易方法，其特征在于方法1中二氧化硅气凝胶颗粒与硼酸的摩尔比为1:(1～10)，硼酸与尿素的摩尔比为1:(2～4)，硼酸与三聚氰胺的摩尔比为1:(1～3)。
5.根据权利要求1所述的一种在二氧化硅气凝胶颗粒表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的简易方法，其特征在于方法2中二氧化硅气凝胶颗粒与硼酸的摩尔比为1:(1～10)，硼酸与尿素的摩尔比为1:(2～4)，硼酸与三聚氰胺的摩尔比为1:(1～3)。
6.根据权利要求1所述的一种在二氧化硅气凝胶颗粒表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的简易方法，其特征在于步骤二中所述的保护气体为氮气。
7.根据权利要求1所述的一种在二氧化硅气凝胶颗粒表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的简易方法，其特征在于步骤三中所述的保护气体为氮气。
8.根据权利要求1所述的一种在二氧化硅气凝胶颗粒表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的简易方法，其特征在于步骤二中将载有混合物的陶瓷舟置于管式炉的反应区，再将管式炉两端分别接上通气管并密封，向管式炉中以1100mL·min-1的气体流量通入保护气体10min，在常压下排净管式炉中的空气，再将保护气的流量调节至80mL·min-1，启动管式炉，将管式炉的反应区温度升温至1100℃，并在1100℃下保温30min～60min。
9.根据权利要求1所述的一种在二氧化硅气凝胶颗粒表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的简易方法，其特征在于步骤二将载有混合物的陶瓷舟置于管式炉的反应区，再将管式炉两端分别接上通气管并密封，向管式炉中以1000mL·min-1～1500mL·min-1的气体流量通入保护气体10min～15min，在常压下排净管式炉中的空气，再将保护气的流量调节至100～150mL·min-1，启动管式炉，将管式炉的反应区温度升温至1100℃，并在1100℃下保温60min～120min。
10.根据权利要求1所述的一种在二氧化硅气凝胶颗粒表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的简易方法，其特征在于步骤三得到的表面包覆高疏水氮化硼纳米片薄层的二氧化硅气凝胶颗粒在化工、油田、电力、或管线供热中应用。
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