本实用新型属于材料化学技术领域，尤其是涉及一种疏水型二氧化硅气凝胶的制备装置。
背景技术：
气凝胶具有独特的开放性多孔结构和连续三维网络，具有极低的密度、高比表面积和高孔隙率、低热导率和低折射率等优异性能，是一种新型高效隔热保温材料。纳米多孔sio2气凝胶具有一定的抗压强度，可在高温下稳定工作，高温下不分解，无有害气体放出，属于绿色环保型材料，在石油化工、航空航天、节能建筑等领域具有十分广阔的应用前景。在石油、化工和冶金行业中，管道、炉窑及其它热工设备普遍存在用sio2气凝胶及其复合材料替代传统的保温材料对其进行保温，可以大大减少热能损失，提高热能利用率。sio2气凝胶复合材料还可以用作液态天然气罐和储油罐等的保温材料以及汽车、飞机等发动机和排气管的隔热材料。在建筑领域，由于气凝胶既具有绝热特性，又具有吸声特性，且具有透光性，可以将气凝胶夹在双层玻璃之间制成夹芯玻璃，其绝热效果比普通的双层玻璃高几倍，且具有降噪效果。如果将气凝胶玻璃用于高层建筑取代一般幕墙玻璃，将大大减轻建筑物自重，并能起到防火作用。sio2气凝胶复合材料可以用更轻的质量、更小的体积达到更好的隔热效果，这一特点在航空、航天应用领域具有极大的优势。
目前二氧化硅气凝胶的制备主要通过有机或无机硅源经溶胶-凝胶法反应制得湿凝胶，再通过超临界干燥法或常压干燥法获得最终产品。常压干燥法的优势在于，生产过程对设备的技术要求较低，设备购置及运行维护成本较为低廉，生产过程也更为安全。但该技术由于常压干燥时毛细管力的存在，气凝胶网络结构会不可避免地被破坏，导致此法制备出的气凝胶整体密度比超临界干燥法制备出的气凝胶密度偏高。
技术实现要素：
有鉴于此，本实用新型旨在提出一种疏水型二氧化硅气凝胶的制备装置，可明显降低常压干燥法制备得到的二氧化硅气凝胶的密度，且单位体积二氧化硅气凝胶质量轻，降低气凝胶粉末以及气凝胶毡的成本。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种疏水型二氧化硅气凝胶的制备装置，包括依次连接的水解罐、凝胶槽，水解罐包括可拆卸连接的内筒、外筒，内筒外筒之间有容纳液体物质的夹层，外筒内设有加热元件，凝胶槽的顶部设有注射组件，注射组件包括多个喷射组件，喷射组件包括喷射头，喷射头向下开有多个喷射孔。
进一步的，所述内筒、外筒之间优选为通过螺栓连接，所述加热元件优选为热电偶，热电偶与外部温控元件电连接。
进一步的，所述热电偶优选为安徽阿仕顿仪表有限公司的wrn-431型号的热电偶。
进一步的，所述控温元件优选为无锡冠亚恒温制冷技术有限公司sundi-320型号的控温元件。
进一步的，所述注射组件包括九个所述喷射头，九个所述喷射头呈九宫格状排列。
进一步的，九个所述喷射头之间均通过注射管连通，注射管与注射泵连接。
进一步的，所述注射泵优选为保定雷弗流体科技有限公司g3030-s型的注射泵。
进一步的，所述喷射组件还包括喷射筒，喷射筒的顶部与所述注射管连通，喷射筒的底部穿过所述凝胶槽的槽盖后与所述喷射头连通。
进一步的，所述喷射筒的外壁设有喷射阀门。
进一步的，所述注射管包括依次并行设置的第一注射管、第五注射管、第三注射管，还包括依次并行设置的第四注射管、第六注射管、第二注射管，所述第四注射管、第六注射管、第二注射管的端部与所述第一注射管、第三注射管均连通，所述第一注射管、第五注射管、第三注射管的端部与所述第四注射管、第二注射管均连通。
进一步的，所述第五注射管与所述注射泵连接。
进一步的，还包括支撑架，支撑架的顶部向下开有可容纳所述凝胶槽的凹槽。
进一步的，所述凹槽的底部与凝胶槽的底部之间设有水平振荡器。
进一步的，所述水平振荡器优选为青岛聚创环保集团有限公司jc-ggc04p/06p/08p/10p型号的水平振荡器。
进一步的，所述凝胶槽包括可拆卸连接的位于顶部的槽盖、用于凝胶的方槽，槽盖的底部向上开有可容纳所述方槽顶部的容纳凹槽。
进一步的，所述内筒内设有搅拌棒，搅拌棒的顶部与电机连接，电机位于内筒的顶部。
进一步的，所述电机优选为隔爆型三相异步电动机，为河北素力电机制造有限公司nmrv型号的电机。
进一步的，所述内筒包括可拆卸连接的上盖、下罐，下罐位于所述外筒内，所述上盖的上部向上设有观察口。
进一步的，所述上盖与下罐之间优选为使用法兰连接，上盖与下罐的连接处均通过密封垫及螺栓加以密封固定。
进一步的，所述外筒的侧壁设有进液口，进液口的底部与进液管连通，进液管位于所述夹层内，进液管的底部伸入夹层的下部。
进一步的，所述内筒、方槽、注射管、进液管均优选为使用pp材料制成。
相对于现有技术，本实用新型所述的疏水型二氧化硅气凝胶的制备装置具有以下优势：
(1)本实用新型所述的疏水型二氧化硅气凝胶的制备装置，可明显降低常压干燥法制备得到的二氧化硅气凝胶的密度，且单位体积二氧化硅气凝胶质量轻，降低气凝胶粉末以及气凝胶毡的成本。
(2)本实用新型所述的疏水型二氧化硅气凝胶的制备装置，降低制备得到的气凝胶粉体密度的同时简化操作，实现常温常压条件下制备低密度气凝胶。
(3)本实用新型所述的疏水型二氧化硅气凝胶的制备装置，九宫格式均匀喷洒的方式增大水解液与氨水接触面积，有利于均匀凝胶。
(4)本实用新型所述的疏水型二氧化硅气凝胶的制备装置，使用方槽凝胶，在总体积相同的情况下方槽凝胶的方式比罐体凝胶的方式凝胶更薄，降低制备得到的疏水二氧化硅气凝胶的密度。
(5)本实用新型所述的疏水型二氧化硅气凝胶的制备装置，方槽凝胶的方式可以避免凝胶粘黏于罐底，相较于罐体凝胶的方式更有利于气凝胶的取出及方槽槽体的清洗。
附图说明
构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1为本实用新型实施例所述的制备装置示意图；
图2为本实用新型实施例所述的注射组件俯视图；
图3为本实用新型说明书附图1中a的局部放大示意图。
附图标记说明：
1-水解罐；11-内筒；111-上盖；112-下罐；12-外筒；13-电机；14-观察口；15-进液口；16-进液管；17-搅拌棒；2-底部阀门；3-凝胶槽；31-方槽；32-槽盖；4-水平振荡器；5-支撑架；6-注射组件；61-注射泵；62-第五注射管；63-喷射组件；631-喷射筒；632-喷射头；633-喷射阀门；64-第一注射管；65-第二注射管；66-第三注射管；67-第四注射管；68-第六注射管。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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。除非另有明确的规定和限定，术语“固定连接”可以是插接、焊接、螺纹连接、螺栓连接等常用的固定连接方式。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
如图所示，一种疏水型二氧化硅气凝胶的制备装置，包括依次连接的水解罐1、凝胶槽3，水解罐1包括可拆卸连接的内筒11、外筒12，内筒11外筒12之间有容纳液体物质的夹层，外筒12内设有加热元件，凝胶槽3的顶部设有注射组件6，注射组件6包括多个喷射组件63，喷射组件63包括喷射头632，喷射头632向下开有多个喷射孔。
所述内筒11、外筒12之间优选为通过螺栓连接，所述加热元件优选为热电偶，热电偶与外部温控元件电连接。
本装置用以制备疏水型二氧化硅气凝胶时，可明显降低常压干燥法制备得到的二氧化硅气凝胶的密度，且单位体积二氧化硅气凝胶质量轻，降低气凝胶粉末以及气凝胶毡的成本。且在降低制备得到的气凝胶粉体密度的同时简化操作，实现常温常压条件下制备低密度气凝胶。
本装置用以制备疏水型二氧化硅气凝胶时，夹层内用水来填充，水由进液口15流经进液管16最后流入夹层内，热电偶用以加热夹层内的水层。
在进行反应时，随时向进液口15内注入水，保证反应时内筒11外筒12之间的水位保持不变。
所述注射组件6包括九个所述喷射头632，九个所述喷射头632呈九宫格状排列。
九个所述喷射头632之间均通过注射管连通，注射管与注射泵61连接。
九宫格式均匀喷洒的方式增大水解液与氨水接触面积，有利于均匀凝胶。
所述喷射组件63还包括喷射筒631，喷射筒631的顶部与所述注射管连通，喷射筒631的底部穿过所述凝胶槽3的槽盖32后与所述喷射头632连通。
所述喷射筒631的外壁设有喷射阀门633。
所述注射管包括依次并行设置的第一注射管64、第五注射管62、第三注射管66，还包括依次并行设置的第四注射管67、第六注射管68、第二注射管65，所述第四注射管67、第六注射管68、第二注射管65的端部与所述第一注射管64、第三注射管66均连通，所述第一注射管64、第五注射管62、第三注射管66的端部与所述第四注射管67、第二注射管65均连通。
所述第五注射管62与所述注射泵61连接。
还包括支撑架5，支撑架5的顶部向下开有可容纳所述凝胶槽3的凹槽。
所述凹槽的底部与凝胶槽3的底部之间设有水平振荡器4。
所述凝胶槽3包括可拆卸连接的顶部的槽盖32、用于凝胶用的方槽31，槽盖32的底部向上开有可容纳所述方槽31顶部的容纳凹槽。
使用方槽31凝胶，在总体积相同的情况下方槽31凝胶的方式比罐体凝胶的方式凝胶更薄，降低制备得到的疏水二氧化硅气凝胶的密度。
方槽31凝胶的方式可以避免凝胶粘黏于罐底，相较于罐体凝胶的方式更有利于气凝胶的取出及方槽31槽体的清洗。
所述内筒11内设有搅拌棒17，搅拌棒17的顶部与电机13连接，电机13位于内筒11的顶部。
所述内筒11包括可拆卸连接的上盖111、下罐112，下罐112位于所述外筒12内，所述上盖111的上部向上设有观察口14。
所述上盖111与下罐112之间优选为使用法兰连接，上盖111与下罐112的连接处均通过密封垫及螺栓加以密封固定。
所述外筒12的侧壁设有进液口15，进液口15的底部与进液管16连通，进液管16位于所述夹层内，进液管16的底部伸入夹层的下部。
所述内筒11、方槽31、注射管、进液管16均优选为使用pp材料制成。
具体使用过程：
使用本装置进行制备疏水型二氧化硅气凝胶时，使用水解罐1进行水解的步骤，使用凝胶槽3进行凝胶的步骤，具体步骤如下：
(1)打开内筒11的上盖111，将制备疏水型二氧化硅气凝胶颗粒时水解需要的原材料放入到反应罐内筒11中。然后盖上上盖111，确保内筒11密封性良好。
(2)接通电机13的电源，电机13带动搅拌棒17进行搅拌，同时温控元件控制内外筒12之间夹层内的水温为30℃。
(3)水解反应在水解罐1内进行，随时向进液口15内注入水，保证反应时内筒11外筒12之间的水位保持不变。水解罐1内反应结束后，开启罐底的阀门将反应液放出，经管道流至凝胶槽3内。
(4)开启凝胶槽3下方的水平振荡器4，同时通过注射泵61将反应需要的氨水通过注射管注入下方的喷射头632中，氨水通过喷射头632均匀的喷射入方槽31内。
(5)待氨水注射完成后，水平振荡器4继续震荡30s后结束，静置等待凝胶。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
1.一种疏水型二氧化硅气凝胶的制备装置，其特征在于：包括依次连接的水解罐(1)、凝胶槽(3)，水解罐(1)包括可拆卸连接的内筒(11)、外筒(12)，内筒(11)外筒(12)之间有容纳液体物质的夹层，外筒(12)内设有加热元件，凝胶槽(3)的顶部设有注射组件(6)，注射组件(6)包括多个喷射组件(63)，喷射组件(63)包括喷射头(632)，喷射头(632)向下开有多个喷射孔。
2.根据权利要求1所述的一种疏水型二氧化硅气凝胶的制备装置，其特征在于：所述注射组件(6)包括九个所述喷射头(632)，九个所述喷射头(632)呈九宫格状排列。
3.根据权利要求2所述的一种疏水型二氧化硅气凝胶的制备装置，其特征在于：九个所述喷射头(632)之间均通过注射管连通，注射管与注射泵(61)连接。
4.根据权利要求3所述的一种疏水型二氧化硅气凝胶的制备装置，其特征在于：所述喷射组件(63)还包括喷射筒(631)，喷射筒(631)的顶部与所述注射管连通，喷射筒(631)的底部穿过凝胶槽(3)的槽盖(32)后与所述喷射头(632)连通。
5.根据权利要求4所述的一种疏水型二氧化硅气凝胶的制备装置，其特征在于：所述凝胶槽(3)包括可拆卸连接的位于顶部的槽盖(32)、用于凝胶的方槽(31)，槽盖(32)的底部向上开有可容纳所述方槽(31)顶部的容纳凹槽。
6.根据权利要求1所述的一种疏水型二氧化硅气凝胶的制备装置，其特征在于：还包括支撑架(5)，支撑架(5)的顶部向下开有可容纳所述凝胶槽(3)的凹槽。
7.根据权利要求6所述的一种疏水型二氧化硅气凝胶的制备装置，其特征在于：所述凹槽的底部与凝胶槽(3)的底部之间设有水平振荡器(4)。
8.根据权利要求1所述的一种疏水型二氧化硅气凝胶的制备装置，其特征在于：所述内筒(11)内设有搅拌棒(17)，搅拌棒(17)的顶部与电机(13)连接，电机(13)位于内筒(11)的顶部。
9.根据权利要求1所述的一种疏水型二氧化硅气凝胶的制备装置，其特征在于：所述内筒(11)包括可拆卸连接的上盖(111)、下罐(112)，下罐(112)位于所述外筒(12)内，所述上盖(111)的上部向上设有观察口(14)。
10.根据权利要求1所述的一种疏水型二氧化硅气凝胶的制备装置，其特征在于：所述外筒(12)的侧壁设有进液口(15)，进液口(15)的底部与进液管(16)连通，进液管(16)位于所述夹层内，进液管(16)的底部伸入夹层的下部。
技术总结