ES2913253T3

ES2913253T3 - Método para aerogeles

Info

Publication number: ES2913253T3
Application number: ES16706238T
Authority: ES
Inventors: Lidija Siller; Xiao Han
Original assignee: Newcastle University of Upon Tyne
Current assignee: Newcastle University of Upon Tyne
Priority date: 2015-02-17
Filing date: 2016-02-16
Publication date: 2022-06-01
Anticipated expiration: 2036-02-16
Also published as: PL3259232T3; GB201502613D0; DK3259232T3; EP3259232B1; CN107250040B; CN107250040A; US20180029893A1; US10654723B2; WO2016132117A1; PT3259232T; EP3259232A1

Abstract

Un método para la producción de un aerogel de óxido que comprende opcionalmente un dopante, el método comprende: hacer reaccionar un gel húmedo de óxido con un electrófilo para generar CO2, proporcionando así un óxido sólido poroso que contiene el CO2, opcionalmente el óxido sólido poroso comprende un dopante; en el que el componente líquido del gel húmedo de óxido comprende una solución alcalina; y en el que la solución alcalina comprende iones de carbonato, iones de bicarbonato o una mezcla de los mismos.

Description

DESCRIPCIÓN

Método para aerogeles

Esta invención se refiere a métodos para producir aerogeles y materiales compuestos de los mismos. En particular, la invención se refiere a métodos para producir aerogeles de sílice y materiales compuestos de los mismos. El método involucra el uso de soluciones alcalinas, y particularmente soluciones alcalinas acuosas, durante el proceso de secado del aerogel. El método es más eficiente energéticamente y más barato que los métodos de la técnica anterior.

Antecedentes

Los aerogeles de sílice son materiales sólidos inorgánicos de alta porosidad y baja densidad, y son excelentes aislantes térmicos. Debido a su excelente capacidad como aislantes térmicos, los aerogeles de sílice tienen un gran potencial como materiales de construcción. También tienen muchas aplicaciones civiles en el ahorro de energía, como medios de almacenamiento, catálisis, etc.

El aerogel de sílice fue investigado por primera vez por las S.S. Kistler en 1931, quien sugirió reemplazar el líquido por gas en los poros de los geles de sílice, para retener la porción de sílice porosa sólida de la estructura porosa del gel contra la capilaridad. Las síntesis convencionales de aerogel de sílice utilizan un método de secado que implica el desplazamiento del líquido de los geles por un fluido supercrítico de dióxido de carbono y requiere altas presiones y altas temperaturas (Anderson et al., Hydrophobic silica aerogels prepared via rapid supercritical extraction. Journal of Sol-Gel Science and Technology, 2010, 53, 199-207.). Por lo tanto, tales procesos requieren grandes cantidades de energía.

En 1989 se desarrolló un proceso de liofilización para la producción de aerogeles de sílice (Klvana et al., A New Method of Preparation of Aerogel-Like Materials Using a Freeze-Drying Process. Journal De Physique, 50, 1989, C429-C432; Egeberg and Engell, Freeze drying of silica gels prepared from siliciumethoxid. Journal De Physique, 50, 1989, C423-C428). Sin embargo, los métodos de liofilización requieren el uso de bajas temperaturas y por esta razón también son procesos intensivos en energía.

El secado a presión ambiental (APD) proporciona una opción alternativa, menos intensiva en energía, para la síntesis de aerogeles (Prakash et al., Silica Aerogel Films Prepared at Ambient-Pressure by Using Surface Derivatization to Induce Reversible Drying Shrinkage. Nature, 1995, 374, 439-443.). Los métodos APD convencionales se basan en el reemplazo del solvente original utilizado para la preparación del gel con varios solventes orgánicos que tienen una tensión superficial más baja, como hexano, heptano, octano y nonano. En la mayoría de los enfoques de APD convencionales, también se introduce una modificación adicional de la superficie para reemplazar los grupos -OH en las superficies de sílice con más grupos lipófilos, con el fin de proporcionar una reducción adicional en la capilaridad (Rao et al., Hydrophobic and physical properties of the ambient pressure dried silica aerogels with sodium silicate precursor using various surface modification agents. Applied Surface Science, 2007, 253, 6032-6040; Jung et al., The properties of silica aerogels hybridized with SiO2 nanoparticles by ambient pressure drying. Ceramics International, 2012, 38, S105-S108.). Un reactivo común utilizado para la modificación de la superficie de los geles de sílice es el trimetilclorosilano (TMCS), (CH3)3SiCl. La modificación de la superficie por TMCS utilizada en el proceso APD convencional siempre conduce a la generación de un ácido (en el caso de TMCS, HCI), por lo que se necesitan más solventes orgánicos para eliminar el ácido generado. Aunque consume menos energía que el CO²supercrítico Los procesos actuales de APD consumen mucho tiempo y son costosos debido a la necesidad de grandes cantidades de solventes orgánicos. El alto coste asociado con el uso de solventes orgánicos limita el uso de aerogeles a gran escala industrial, por ejemplo, como materiales de construcción.

El documento EE. UU. 2001/034375 proporciona aerogeles de óxido de sílice modificado orgánicamente y procesos para su preparación mediante la modificación de la superficie del gel acuoso, sin intercambio previo de solvente, y posterior secado, y su uso.

Es un objetivo de ciertas realizaciones de esta invención proporcionar un método para producir aerogeles de sílice que sea más barato, más rápido y/o más eficiente energéticamente que los procesos de la técnica anterior. Es un objetivo de ciertas realizaciones de esta invención proporcionar un método para producir aerogeles de sílice que sea más respetuoso con el medio ambiente que los procesos de la técnica anterior.

Breve resumen de la divulgación

En un primer aspecto de la invención se proporciona un método para la producción de un aerogel de óxido que comprende opcionalmente un dopante, el método comprende:

hacer reaccionar un gel húmedo de óxido con un electrófilo para generar CO², proporcionando así un óxido sólido poroso que contiene el CO², opcionalmente el óxido sólido poroso comprende un dopante;

en el que el componente líquido del gel húmedo de óxido comprende una solución alcalina; y en el que la solución alcalina comprende iones de carbonato, iones de bicarbonato o una mezcla de los mismos.

La reacción neta entre el electrófilo, el componente óxido del gel y/o agua, y la solución alcalina, genera CO².

El término “aerogel de óxido” pretende significar un aerogel de un óxido sólido. El término “gel húmedo de óxido” pretende significar un gel en el que el componente sólido es un óxido. Los ejemplos de óxidos sólidos incluyen óxidos minerales y óxidos metálicos. Así, el óxido se puede seleccionar de alúmina, sílice, cromia, dióxido de estaño, titania, óxido de hierro, zirconia.

En ciertas realizaciones preferidas, el óxido es sílice.

El óxido puede ser un óxido que se puede convertir en un material de óxido deseado. Así, el óxido puede ser Dawsonita. La Dawsonita se puede convertir en alúmina usando métodos de la literatura.

Los inventores han descubierto que el CO²puede generarse in situ en una reacción entre los grupos -OH en el componente sólido de un gel de óxido (si hay agua, el electrófilo también puede reaccionar con el agua) y un electrófilo en presencia de una solución alcalina y que el CO²puede desplazar el componente líquido del gel, facilitando la producción de un aerogel. Por lo tanto, el proceso de secado del aerogel de sílice se puede lograr a baja temperatura y presión, lo que hace que el proceso sea energéticamente eficiente. Los reactivos usados, y particularmente las soluciones alcalinas preferidas, son de bajo coste. Por lo tanto, el proceso proporciona una ruta económica y energéticamente eficiente para la preparación de aerogeles de sílice.

El óxido sólido poroso cargado con CO²formado en la reacción reivindicada podría describirse como un aerogel parcialmente seco. Podría, en ciertas realizaciones, ser el aerogel del producto final deseado. Sin embargo, normalmente los reactivos y solventes residuales están presentes dentro y sobre las superficies del primer sólido poroso obtenido (es decir, el aerogel parcialmente seco). Por lo tanto, el proceso puede comprender la etapa de convertir el óxido sólido poroso que contiene el CO²en el aerogel de sílice. Esta etapa de conversión puede comprender una o más etapas, por ejemplo, una o más etapas de lavado y/o secado.

Si está presente, el dopante normalmente estará situado en los poros del aerogel. Normalmente no formará parte de la estructura del óxido. El dopante será típicamente una sal y estará típicamente en forma de cristales.

El electrófilo normalmente será un reactivo que reacciona con el gel húmedo de óxido (por ejemplo, los grupos -OH en la superficie de la estructura de óxido y/o cualquier agua o alcohol que esté presente en el componente líquido) para generar un ácido. En este caso el ácido reacciona con la solución alcalina para formar agua y una sal y CO². La sal normalmente se deposita en los poros del aerogel de sílice como dopante. Por tanto, la identidad del electrófilo y la base puede seleccionarse para proporcionar un dopante deseado. Pueden, por ejemplo, seleccionarse de modo que el dopante sea un haluro de metal alcalino, por ejemplo, KCI o NaCl.

Los dopantes y, por extensión, el electrófilo y la base utilizados en el proceso de la invención, pueden seleccionarse para mejorar las propiedades existentes del aerogel o para proporcionar nuevas propiedades, por ejemplo, reforzando el aerogel o alterando su conductividad térmica y/o eléctrica. Por lo tanto, el método reivindicado puede proporcionar acceso a aerogeles dopados que serían difíciles de fabricar con los medios existentes de dopado de aerogeles. El método puede permitir una síntesis de aerogeles dopados que sea más eficiente que los métodos existentes.

Si, por otro lado, no se desea que la sal esté presente en el aerogel final, se puede eliminar como se describe en otra parte de esta especificación.

El electrófilo puede reaccionar con el gel húmedo de óxido (por ejemplo, los grupos -OH en la superficie de la estructura de óxido y/o cualquier agua o alcohol que esté presente en el componente líquido) para generar CO²y un ácido. Un ejemplo ilustrativo de un electrófilo que puede reaccionar de esta forma es el cloruro de oxaloílo.

El electrófilo puede seleccionarse entre electrófilos que reaccionan con grupos -OH en la superficie de la estructura de óxido para generar aductos inestables, por ejemplo, aductos que son inestables en las condiciones de reacción. Si el aducto es inestable en las condiciones de reacción, el electrófilo actúa solo como fuente de ácido y no se requieren más etapas de procesamiento para eliminar el aducto de la estructura de óxido.

Si el electrófilo reacciona con grupos -OH en la superficie de la estructura de óxido para generar aductos estables, el método puede comprender la etapa de escindir los aductos para regenerar los grupos -OH en la superficie de la estructura de óxido.

El electrófilo puede ser un agente de sililación. Agentes de sililación ilustrativos son aquellos que tienen la fórmula R3SiX, en el que R es independientemente en cada aparición seleccionado de un grupo alquilo C¹-C⁴y haluro; y X se selecciona independientemente de grupos haluro, sulfonato y sulfato. R puede seleccionarse independientemente en cada ocurrencia de alquilo C¹-C²y haluro, por ejemplo, cloruro. R puede seleccionarse independientemente en cada aparición entre metilo y haluro. R puede estar en cada aparición alquilo C¹-C², por ejemplo, metilo. X puede ser un haluro, por ejemplo, cloruro o bromuro. X puede ser cloruro. X puede ser sulfonato. Los grupos sulfonato ilustrativos incluyen sulfonato de metilo, sulfonato de trifluorometilo, sulfonato de bencilo y sulfonato de tolueno. X puede ser sulfato, por ejemplo, X puede ser -OS(O)2-OSiR3. Los electrófilos específicos que pueden usarse en los procesos de la invención incluyen: trimetilclorosilano (TMCS), dimetildiclorosilano, metiltriclorosilano y bis(trimetilsilil)sulfato.

Muchos métodos convencionales de APD utilizan agentes de sililación y, en particular, trimetilclorosilano en la producción de óxidos, por ejemplo, aerogeles de sílice. El propósito del agente de sililación en APD tradicional es reducir la hidrofilicidad de la estructura de óxido al proteger los grupos -OH. Los solventes de baja tensión superficial que se utilizan en los métodos APD convencionales suelen ser alcanos lipófilos y la disminución de la hidrofilia de la sílice favorece el desplazamiento del agua o el etanol en el gel húmedo con el alcano lipófilo. En la presente invención, sin pretender imponer ninguna teoría, se considera que el agente de sililación tiene un propósito diferente, a saber, actuar como una fuente in situ de un ácido (para el trimetilclorosilano, el ácido generado es HCl). Luego, el ácido puede reaccionar con la base que comprende iones de carbonato o bicarbonato para generar gas CO².

Puede ser que se genere calor en el proceso de reacción del electrófilo con el gel húmedo de óxido. Si es así, ese calor se puede recuperar por medios convencionales. El calor recuperado se puede desviar a una de las otras etapas opcionales en las etapas del método de la invención, por ejemplo, la etapa de secado.

La solución alcalina puede ser una solución en un alcohol C¹-C⁴, por ejemplo, etanol o metanol. Típicamente, la solución alcalina es una solución acuosa. La solución alcalina comprende iones de carbonato, iones de bicarbonato o una mezcla de los mismos. Las soluciones de carbonato y bicarbonato generan gas CO²cuando se ponen en contacto con un ácido. Cuando el electrófilo reacciona con la sílice para generar un ácido, la solución alcalina es una solución de carbonato o bicarbonato. En este caso, sin pretender limitar la teoría, es la reacción entre el ácido y los iones de carbonato/bicarbonato lo que genera el gas CO². La solución alcalina puede ser una solución de carbonato amónico o una solución de carbonato metálico. Cuando la solución alcalina es una solución de carbonato metálico, el carbonato o bicarbonato metálico se seleccionará preferentemente entre aquellos que tengan una alta solubilidad en el solvente en cuestión. El carbonato o bicarbonato de metal puede ser un carbonato o bicarbonato de metal de transición. Un ejemplo de carbonato de metal de transición es el carbonato de níquel. Los carbonatos de metales alcalinos o sus mezclas. El carbonato o bicarbonato metálico se seleccionará típicamente entre los carbonatos de metales alcalinos o mezclas de los mismos. Así, la solución alcalina acuosa puede comprender carbonato de sodio, bicarbonato de sodio, carbonato de potasio, bicarbonato de potasio y mezclas de los mismos. En una realización particularmente preferida, la solución alcalina es una solución acuosa de bicarbonato de sodio.

La solución alcalina puede ser una solución acuosa que tenga una concentración en el rango de 1 % a 10 % p/v de una sal de carbonato o bicarbonato (seleccionada de las mencionadas en el párrafo anterior). Más particularmente, puede tener una concentración en el rango de 4 % a 7 % p/v de una sal de carbonato o bicarbonato.

El uso de alcohol o soluciones acuosas en un método de tipo APD para formar aerogeles de óxido es contrario a la sabiduría popular. En los métodos APD convencionales, se utiliza un solvente con baja tensión superficial para evitar el colapso de los poros de óxido inducido por la tensión superficial. Como ejemplo comparativo, el octano (solvente de uso convencional) tiene una tensión superficial de 22 mNirr1. Una solución acuosa de bicarbonato de sodio, por otro lado, tiene una tensión superficial de 72 mNirr1, más de tres veces la del octanaje. Sin desear limitarse a la teoría, se considera que la generación in situ del gas CO²en los poros en el presente proceso obliga al solvente a salir de la estructura y que el aumento de presión resultante evita el colapso inducido por la tensión superficial de la estructura de poros de óxido cuando sale el solvente. Las soluciones básicas acuosas/de alcohol suelen ser significativamente más baratas que los solventes alcanos utilizados en los procesos APD convencionales.

En ciertas realizaciones preferidas, el electrófilo tiene la fórmula R3SiX y la solución alcalina es una solución acuosa de carbonato o bicarbonato. En ciertas realizaciones preferidas adicionales, el óxido es sílice.

La etapa de hacer reaccionar el electrófilo con el gel húmedo puede comprender verter un líquido que comprende el electrófilo sobre el gel húmedo. Puede comprender colocar el gel húmedo en un líquido que comprende el electrófilo. Cuando el electrófilo es en sí mismo un líquido (por ejemplo, como es el caso de TMCS), el líquido que comprende el electrófilo puede ser puro o sustancialmente (es decir, >90 %) puro.

Puede ser que la relación de volumen del electrófilo (por ejemplo, TMCS) al gel húmedo de óxido esté en el rango de 0.01 a 3. Más particularmente, la relación de volumen del electrófilo al gel húmedo de óxido está en el intervalo de 0.1 a 0.3.

El método puede comprender la etapa de secar el óxido sólido poroso que contiene CO²para proporcionar el aerogel. La etapa de secado puede comprender calentar el óxido sólido poroso. Puede ser que el óxido sólido poroso se caliente a una temperatura inferior a 100 °C. Puede ser que el óxido sólido poroso se caliente a una temperatura de 30 °C a 80 °C, por ejemplo, de 50 °C a 70 °C.

El método puede comprender la etapa de proporcionar el gel húmedo de óxido que tiene un componente líquido que comprende una solución alcalina. Así, en ciertas realizaciones el método puede comprender la etapa de:

tratar un gel húmedo de óxido precursor con una solución alcalina para proporcionar un gel húmedo de óxido que tiene un componente líquido que comprende una solución alcalina.

De esta forma, los geles húmedos de óxido utilizados en los procesos de la invención pueden prepararse a partir de otros geles húmedos de óxido, por ejemplo, aquellos que no tienen un componente líquido que comprende una solución alcalina. Se espera que cualquier gel húmedo de óxido precursor pueda convertirse en un gel húmedo adecuado para su uso en los procesos de la invención, sin embargo, se ha obtenido ese gel húmedo precursor. Esto permite la combinación de la presente invención con metodologías eficientes y escalables conocidas para formar geles húmedos de óxido.

El gel húmedo de óxido precursor puede ser un gel de alcohol, por ejemplo, un gel de etanol o un gel de metanol. Alternativamente, el gel húmedo de óxido precursor es un hidrogel. Por supuesto, el componente líquido del gel húmedo de óxido precursor puede comprender una mezcla de solventes, por ejemplo, una mezcla de un alcohol, por ejemplo, etanol, y agua.

La etapa de tratar el gel húmedo de óxido precursor puede comprender colocar el gel húmedo de óxido precursor en la solución alcalina. El gel húmedo de óxido precursor se puede dejar en la solución alcalina durante un período de tiempo entre 1 hora y 4 días, por ejemplo, entre 5 horas y 2 días. El gel húmedo de óxido precursor se puede dejar en la solución alcalina durante un período de tiempo entre 12 horas y 36 horas.

El método puede comprender la etapa de formar el gel húmedo de óxido precursor. El experto en la materia estará familiarizado con los métodos convencionales de formación de geles húmedos de óxido. Normalmente, la formación de un gel húmedo de óxido implica la polimerización de un monómero de óxido, opcionalmente en presencia de un catalizador, en un líquido.

Como ejemplo, los geles húmedos de sílice se pueden obtener mediante el siguiente proceso:

hidrolizar un tetraalcoxi silano opcionalmente en presencia de un catalizador para formar el gel húmedo de sílice. Este proceso puede producir un gel húmedo adecuado en una sola etapa. Alternativamente, este proceso puede implicar de hecho más de una etapa de proceso. Así, el proceso puede comprender las etapas de:

hidrolizar un tetraalcoxi silano opcionalmente en presencia de un catalizador para formar un gel húmedo de sílice inmaduro; y

permitir que el gel de sílice inmaduro envejezca para formar el gel de sílice húmedo. El monómero de óxido en este caso es el tetraalcoxisilano.

El tetraalcoxisilano puede ser tetraetoxisilano. La reacción de hidrólisis se puede llevar a cabo en una mezcla de etanol y agua, por ejemplo, una mezcla que tiene una relación de etanol:agua de 5:1 a 1:5, por ejemplo, una relación de 2:1 a 1:2. Así, la hidrólisis se puede llevar a cabo en una mezcla 1:1 de etanol a agua.

La etapa de hidrólisis se puede realizar en un molde. En este caso, el gel húmedo de sílice o el gel húmedo de sílice inmaduro se pueden desmoldar antes de envejecer. El gel húmedo de sílice inmaduro se puede lavar, por ejemplo, con etanol, antes de dejarlo envejecer. En realizaciones en las que la etapa de hidrólisis se realiza en un molde, esta etapa de lavado puede ocurrir antes o después de que se haya desmoldado.

La etapa de hidrólisis se puede realizar en presencia de un catalizador. El catalizador puede comprender una sal de amonio, por ejemplo, hidróxido de amonio y/o fluoruro de amonio.

Como ejemplo alternativo, los geles húmedos de sílice pueden obtenerse mediante el siguiente proceso:

tratar el silicato de sodio con un ácido para formar un gel húmedo de sílice inmaduro; y

permitir que el gel de sílice inmaduro envejezca para formar el gel de sílice. El monómero de óxido en este caso es el silicato de sodio.

En ciertas realizaciones, el gel húmedo se forma en la misma etapa del proceso que la reacción que involucra el electrófilo y la solución alcalina. Así, el método puede comprender:

hacer reaccionar un monómero de óxido, un electrófilo y una solución alcalina para generar un óxido sólido poroso que comprende CO², opcionalmente el óxido sólido poroso comprende un dopante.

Normalmente, en estas realizaciones, el electrófilo reacciona con el solvente y/o el polímero de óxido para generar un ácido que cataliza la polimerización del monómero de óxido y reacciona con la solución alcalina para formar gas CO.²y una sal. Así, el gel húmedo de óxido se forma in situ y la reacción de generación de CO²ocurre aproximadamente simultáneamente, empujando el líquido fuera del gel.

Un ejemplo específico en el que este enfoque puede ser particularmente ventajoso es cuando el monómero de óxido es silicato de sodio, el electrófilo tiene la fórmula R3SiX y la solución alcalina es una solución acuosa de carbonato o bicarbonato. El producto de este proceso sería un aerogel de sílice.

Como se mencionó anteriormente, los métodos de la invención pueden dar como resultado la formación de óxidos sólidos porosos que comprenden un dopante. Cuando estos óxidos sólidos porosos se convierten en aerogeles de óxido, los aerogeles de óxido también comprenden el dopante. Por lo tanto, el método puede comprender la etapa de reducir la cantidad del dopante presente en el aerogel de óxido. Cuando el proceso incluye una etapa de secado, éste se puede realizar en el óxido sólido poroso, antes de que se seque, o en el aerogel de óxido, después de que se haya secado el óxido sólido poroso. Así, el método puede comprender la etapa de reducir la cantidad de dopante en el óxido sólido poroso para proporcionar un óxido sólido poroso que tenga una cantidad reducida de dopante. El sólido poroso que tiene una cantidad reducida del dopante se puede convertir en un aerogel de óxido como se describe en otra parte de esta especificación. Asimismo, el método puede comprender la etapa de reducir la cantidad de dopante en el aerogel de óxido para proporcionar un aerogel de óxido que tenga una cantidad reducida de dopante.

La etapa de reducir la cantidad de dopante puede comprender lavar el óxido sólido poroso o el aerogel de óxido con un solvente, por ejemplo, con agua. La etapa de lavado puede implicar colocar el óxido sólido poroso o el aerogel de óxido en el solvente durante un período de tiempo predeterminado, por ejemplo, por un período de tiempo entre 1 hora y 4 días. El período de tiempo predeterminado puede ser entre 5 horas y 2 días o entre 12 horas y 36 horas. Durante ese período de tiempo, el solvente puede renovarse eliminando el sólido poroso o el aerogel de óxido del solvente, refrescando el solvente y reemplazando el sólido poroso o el aerogel de óxido.

Cuando el óxido es un óxido que se puede convertir en un material de óxido deseado, puede ser que el método incluya convertir el aerogel de óxido en un aerogel del material de óxido deseado. Así, cuando el óxido es Dawsonita, puede ser que el método incluya convertir el aerogel de Dawsonita en un aerogel de alúmina. Esto se puede lograr sinterizando el aerogel precursor (por ejemplo, Dawsonita) a alta temperatura (por ejemplo, >80 °C) opcionalmente en presencia de una base activadora (por ejemplo, NaOH).

El método es capaz de producir aerogeles a granel, en polvo y de película delgada.

El método puede comprender la etapa de pulverizar el aerogel de óxido para formar un aerogel de óxido en polvo.

El método puede ser un método para fabricar un material compuesto que comprenda un aerogel de óxido.

El material compuesto puede ser un material compuesto de aerogel de óxido-fibra, por ejemplo, un material compuesto de aerogel de óxido en el que las fibras están soportadas en la matriz de óxido. Así, en el método del primer aspecto, tanto el gel húmedo de óxido como el óxido sólido poroso pueden comprender fibras soportadas en la matriz de óxido. Las fibras se pueden seleccionar de fibras cerámicas, fibras orgánicas o fibras de carbono. En ciertas realizaciones preferidas, las fibras son cerámicas.

Alternativamente, el material compuesto puede comprender el aerogel soportado sobre un sustrato. Por lo tanto, el método puede comprender la etapa de incorporar el aerogel de óxido en un material compuesto, por ejemplo, fijando el aerogel de óxido a un sustrato. El sustrato puede ser cualquier material conveniente. Por tanto, el sustrato puede seleccionarse entre vidrio, cerámica, plástico, metal, madera, etc. El sustrato puede ser cualquier material utilizado en la construcción, por ejemplo, materiales para techos, materiales para pisos, materiales para paredes y otros materiales estructurales.

El aerogel puede tener una superficie superior a 200 m2/g. El aerogel puede tener una superficie superior a 300 m2/g. El aerogel puede tener una superficie superior a 400 m2/g. El aerogel puede tener una superficie superior a 500 m2/g. El aerogel puede tener una superficie superior a 600 m2/g. El aerogel puede tener una superficie de hasta 1500 m2/g, por ejemplo, hasta 1000 m2/g.

El aerogel puede tener una densidad de hasta 0.8 g/cm3 El aerogel puede tener una densidad de hasta 0.7 g/cm3. El aerogel puede tener una densidad de hasta 0.6 g/cm3. El aerogel puede tener una densidad de hasta 0.5 g/cm3. El aerogel puede tener una densidad de hasta 0.4 g/cm3. El aerogel puede tener una densidad superior a 0.01 g/cm3, por ejemplo, superior a 0.1 g/cm3.

El aerogel puede tener una conductividad térmica de hasta 0.5 W/mK. El aerogel puede tener una conductividad térmica de hasta 0.1 W/m.K. El aerogel puede tener una conductividad térmica de hasta 0.05 W/m.K. El aerogel puede tener una conductividad térmica de hasta 0.02 W/m.K. El aerogel puede tener una conductividad térmica superior a 0.001 W/mK, por ejemplo, superior a 0.005 W/m.K.

En un ejemplo de la divulgación se proporciona un aerogel de óxido dopado.

El dopante estará típicamente situado en los poros del aerogel. Normalmente no formará parte de la estructura del óxido. El dopante será típicamente una sal. La sal estará típicamente en forma de un sólido, por ejemplo, en forma de cristales.

El aerogel de óxido dopado puede ser un aerogel de sílice dopado.

El dopante puede ser una sal de haluro de metal alcalino, por ejemplo, KCl o NaCl.

El aerogel de óxido dopado puede obtenerse u obtenerse mediante los métodos del primer aspecto de la invención. En otro ejemplo de la divulgación, se proporciona un material compuesto que comprende un aerogel de óxido dopado. El aerogel de óxido dopado en el material compuesto será típicamente un óxido dopado de la divulgación.

Breve descripción de los dibujos

Las realizaciones de la invención se describen más detalladamente a continuación con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 muestra imágenes ópticas de (a) muestra de aerogel de sílice A1; (b) muestra de aerogel de sílice A2; (c) muestra de aerogel de sílice A3.

La Figura 2 muestra imágenes de microscopio electrónico de barrido (SEM) de (a) muestra de aerogel de sílice A1; (b) muestra de aerogel de sílice A2; (c) muestra de aerogel de sílice A3.

La Figura 3 proporciona una explicación esquemática de la comparación entre (a) un método APD convencional con un solvente orgánico de baja tensión superficial; (b) un método APD de la presente invención, usando una solución acuosa de bicarbonato de sodio.

La Figura 4 muestra las reacciones químicas netas propuestas para los métodos de la invención usando solución de bicarbonato de sodio con ((CH3)3SiCl).

La Figura 5: las reacciones químicas netas propuestas del proceso sol-gel todo en uno.

La Figura 6 muestra los espectros de difracción de rayos X (XRD) de las muestras de aerogel de sílice A1, A2 y A3. La Figura 7 muestra la imagen de microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (HRTEM) de la muestra de aerogel de sílice A2 y el correspondiente patrón de transformada rápida de Fourier de regiones que coinciden con el patrón esperado para los planos de red (222) y (220) de NaCl cristalino presentados en el recuadro.

La Figura 8 muestra imágenes de microscopía electrónica de transmisión de barrido (STEM) y las correspondientes imágenes de mapeo de espectroscopía de rayos X de dispersión de energía (EDX): (a) muestra de aerogel de sílice A1; (b) muestra de aerogel de sílice A2; muestra de aerogel de sílice A3.

La Figura 9 muestra la conductividad térmica de la muestra B de aerogel de sílice para el rango de temperaturas. La Figura 10 muestra imágenes SEM de los aerogeles de Dawsonita del Ejemplo 6.

Descripción detallada

Un aerogel es un sólido poroso. Puede caracterizarse por estar compuesto por un sólido microporoso en el que la fase dispersa es un gas. Un 'aerogel' se llama así porque generalmente se fabrican desplazando el líquido en un gel (un gel es un líquido disperso en un sólido) con un gas.

En el contexto de los geles y aerogeles, el término “ lavado” normalmente se refiere a un proceso en el que el gel/aerogel se coloca en un líquido y se deja en el líquido durante un período de tiempo predeterminado. El líquido se elimina (por ejemplo, con una pipeta) cuando se completa cada etapa de 'lavado'.

Los aerogeles de la invención se pueden usar como aislantes térmicos, por ejemplo, en el contexto de la generación de energía o en la construcción o para reducir la pérdida de calor de procesos industriales o vehículos. Los aerogeles de la invención se pueden usar como materiales absorbentes, por ejemplo, en la limpieza de derrames de petróleo. Los aerogeles de la invención se pueden utilizar como soportes de catalizadores.

El término 'alquilo Cx-Cy' en esta memoria descriptiva se refiere a una cadena hidrocarbonada lineal o ramificada que tiene de x a y carbonos. Los grupos alquilo normalmente no están sustituidos. Ejemplos de grupos alquilo incluyen metilo, etilo, n-propilo, iso-propilo, n-butilo, isobutilo, etc. Asimismo, el término alcohol CX-Cy se refiere a una molécula que tiene la fórmula alquil-OH CX-Cy. Los ejemplos de alcoholes incluyen metanol, etanol, n-propanol, iso-propanol, etc.

A lo largo de la descripción y las reivindicaciones de esta especificación, las palabras “comprenden” y “contienen” y las variaciones de las mismas significan “incluido, entre otros”, y no pretenden (y no excluyen) otras fracciones, aditivos, componentes, números enteros o etapas. A lo largo de la descripción y las reivindicaciones de esta especificación, el singular abarca el plural a menos que el contexto requiera lo contrario. En particular, cuando se usa el artículo indefinido, la especificación debe entenderse que contempla tanto la pluralidad como la singularidad, a menos que el contexto requiera lo contrario.

Ejemplos

Ejemplo 1: Preparación de aerogel de sílice en varias etapas utilizando TEOS como fuente de silicio. preparación de gel de sílice

Todos los materiales y solventes se adquirieron de Sigma-Aldrich y se usaron sin ninguna purificación adicional. Se prepararon geles de sílice por hidrólisis del precursor tetraetoxisilano (TEOS, > 98 %), etanol (> 99.5 %) y agua deionica (DI) con una relación molar de TEOS: etanol: agua= 2:38:39. Para acelerar la gelificación 34 ml de precursor preparado con 1 ml de catalizador (el catalizador era una mezcla de hidróxido de amonio (28-30 %), fluoruro de amonio (> 98 %) y agua con una relación molar como NH4OH:NH4F:H2O = 8:1:111). En aproximadamente 5 minutos, los geles de sílice se retiraron del molde de fundición y luego se lavaron y envejecieron con 500 ml de etanol durante 24 horas.

Proceso de secado

Después de 24 horas de envejecimiento, se reemplazó el etanol (solvente) por una mezcla de 500 ml Dl de agua y 22 g de bicarbonato de sodio (> 99.7 %). Posteriormente, los geles de sílice se empaparon en la solución de bicarbonato mientras se agitaban durante 24 horas. Al final del intercambio de solventes, los geles de sílice se colocaron fuera de la solución de bicarbonato de sodio y se vertió lentamente trimetilclorosilano (> 97 %, TMCS) (6 ml/8 ml/10 ml) sobre los geles, lo que permitió el burbujeo del dióxido de carbono generado del interior de los geles. 2 minutos después de una gran explosión de CO²generado por burbujeo, se agregó etanol como solvente protector contra el secado en el aire, pero aún así se liberó un poco más de gas CO²de los geles durante las siguientes 24 horas. Finalmente, los geles se secaron a 60 °C ya presión ambiente con etanol durante 24 horas para obtener los aerogeles de sílice.

Eliminación de sal

Si se desea, el cloruro de sodio producido se puede eliminar lavando con agua tres veces durante 24 horas en total antes de calentar el gel, o se puede realizar el mismo procedimiento con el aerogel de sílice formado después de que el gel se haya secado.

Ejemplo 2 - Preparación de aerogel de sílice en un recipiente utilizando vidrio soluble como fuente de silicio

Se añadieron 3 ml de trimetilclorosilano (TMCS) a 5 ml de vidrio soluble (silicato de sodio: N/A²O ~ 10.6 %, SiO²~26.5 %). Inmediatamente se formó una fina capa de sólido en la superficie. Luego se añadieron 5 ml de solución de bicarbonato de sodio y la capa sólida se rompió posteriormente usando una varilla de vidrio. Con agitación, el gel se formó en segundos y se envejeció durante aproximadamente 2 horas. El cloruro de sodio producido se eliminó lavando el gel con agua tres veces. El gel se secó a 60 °C ya presión ambiente durante 24 horas para obtener los aerogeles de sílice.

Ejemplo 3 - Caracterización y Discusión

Caracterizaciones

Se utilizó FEI XL30 ESEM-FEG (Microscopio electrónico de barrido ambiental - Pistola de emisión de campo) para obtener imágenes de las muestras en modo de alto vacío y voltaje de aceleración de 10 KeV en la Universidad de Newcastle. Antes de la imagen SEM, las muestras se recubrieron con oro para aumentar la conductividad eléctrica. Se utilizaron analizadores de área superficial y tamaño de poro Coulter™ SA 3100™ para medir el área superficial BET (Brunauer-Emmet-Teller) en la Universidad de Newcastle. Se utiliza el difractómetro multipropósito (MPD) PANalytical X'Pert Pro para el análisis de difracción de rayos X en polvo (XRPD) en la Universidad de Newcastle. Los experimentos de microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (HRTEM) y microscopía electrónica de transmisión de barrido (STEM) se llevaron a cabo en un microscopio Tecnai F30 de 300 keV en el Centro de Ciencias de los Materiales de la Universidad de Manchester. Las muestras para HRTEM y STEM se prepararon con ultrasonicación de aerogeles de sílice en agua desionizada durante mucho tiempo hasta que no se vieron grandes trozos de aerogel a simple vista.

Resultados y discusión

De acuerdo con las diferentes cantidades de TMCS añadidas, los aerogeles de sílice preparados en el Ejemplo 1 añadiendo 6 ml, 8 ml y 10 ml de TMCS se denominan A1, A2 y A3, respectivamente. La Figura 1 muestra imágenes fotográficas de las tres muestras. Con el aumento de la cantidad de TMCS se reduce la transparencia de las muestras. La Figura 2 muestra imágenes SEM de las tres muestras. Está claro que las muestras de aerogel de sílice exhiben estructuras altamente porosas. Las muestras A1 y A2 tienen un tamaño de poro mayor que la muestra A3 debido a la mayor modificación de la superficie por TMCS.

En la tabla 1, se informa la densidad y el área superficial BET de los aerogeles de sílice. La densidad de las muestras se calculó a partir de la relación peso/volumen. La densidad aumenta con el aumento de la cantidad de TMCS debido a la formación de cristales de NaCl en los poros del aerogel de sílice (consulte la discusión a continuación). La muestra de aerogel A2 tiene el área superficial más alta y la muestra A3 tiene el área superficial más baja. Estas mediciones BET son consistentes con las estructuras porosas observadas con las imágenes SEM.

Tabla 1 Densidad área superficial BET de aero eles de sílice

La capilaridad es el mecanismo principal cuando los geles de sílice se someten al proceso de secado. Con referencia a la ecuación de Young-Laplace, si se supone que la forma porosa en los aerogeles es cilíndrica, la presión de capilaridad en esos poros (P) satisface una relación con la tensión superficial del solvente (y), el ángulo de contacto entre el solvente y la superficie (0), y radio de la superficie (R) de los poros:

P = 2 y cos0/R (Ecuación de Young-Laplace)

En el método APD convencional, el solvente en los poros se evapora directamente de la superficie cuando se calientan los geles. En el pasado se han investigado varios tipos de solventes de baja tensión superficial (LST) y se ha informado de la síntesis exitosa de aerogeles de sílice. Por ejemplo, en 2012, Jung (Jung et al., The properties of silica aerogels hybridized with SiO2 nanoparticles by ambient pressure drying. Ceramics International, 2012, 38, S105-S108) fabricó cinco aerogeles de sílice por el método APD convencional con solvente de hexano que dio resultados de área superficial BET que van desde 531 m2/g a 772 m2/g, y densidades que van desde 0.27 g/cm3 hasta 0.35 g/cm3 Estos aerogeles tienen propiedades muy similares a las de los aerogeles de sílice en nuestro trabajo, por lo que, en comparación con las propiedades, la solución de bicarbonato de sodio reduce la capilaridad con la misma eficacia que los solventes orgánicos convencionales utilizados en el método APD.

En la Figura 3 se presenta un diagrama esquemático de los mecanismos de a) el método APD convencional con solvente LST y b) el método APD con solución de bicarbonato de sodio. La Figura 4 es el mecanismo de reacción propuesto con la solución de bicarbonato de sodio con TMCS por el método APD. Se sabe que cuando el TMCS reacciona con agua y/o un grupo hidroxilo en la superficie del gel de sílice se forma cloruro de hidrógeno. Una vez que se forma el HCI, reacciona con la solución de bicarbonato de sodio y produce cloruro de sodio, dióxido de carbono gaseoso en los poros del gel de sílice y moléculas de agua adicionales como subproductos. Además, el agua, como subproducto de la reacción, reacciona con el TMCS restante para seguir produciendo cloruro de hidrógeno. Este es un proceso autónomo que permite liberar dióxido de carbono desde el interior del gel de sílice mientras que el cloruro de hidrógeno se difunde lentamente en la mayor parte del gel.

Se realizó un experimento de control de las reacciones entre bicarbonato de sodio sólido (forma de polvo), TMCS puro (100 %) y vapor de agua del aire. Cualquiera de los tres componentes activaría la reacción neta con cualquiera de los otros dos, como se propone en la Figura 4. Debido a que es difícil controlar la presencia de agua en el ambiente, las moléculas de agua para este experimento las proporciona el aire. Después de 6 segundos después de la adición inicial de TMCS al polvo de bicarbonato de sodio, la reacción en cadena visible comienza debido al tiempo necesario para que las moléculas de agua del aire se difundan al TMCS con bicarbonato de sodio, como se ha propuesto en la Figura 4. Después de otros 7 segundos, la cantidad de dióxido de carbono generado alcanza un máximo.

Cuando se forma dióxido de carbono en medio de un poro del gel, la región llena de gas ha conquistado la capilaridad porque el gas CO²es incompresible y, por lo tanto, el diámetro de los poros aumenta. A partir de la ecuación de Young-Laplace (arriba), la capilaridad se reduce al aumentar el radio del poro (lo que da el mismo resultado que la reducción de la tensión superficial). Así es como este método propuesto fabrica con éxito aerogeles sin los solventes LST de uso común. El cloruro de sodio, que es el subproducto de este proceso, es más ecológico que e1HCI. En la Figura 6, los resultados de difracción de rayos X (XRD) de las muestras A1, A2 y A3 confirman los planos cristalinos (200), (220) y (222) de NaCl y la presencia de SiO²amorfo en estos aerogeles de sílice.

Para probar que el NaCI se presenta dentro del aerogel de sílice y no se produce solo en la superficie, se obtienen mediciones HRTEM y STEM de la misma muestra. La Figura 7 muestra imágenes HRTEM de aerogel de sílice. Los dos recuadros de la Figura 7 muestran las transformadas de Fourier de regiones que coinciden con el patrón esperado para los planos de red (222) y (220) de los cristales de NaCl. En las Figuras 8 (a), (b) y (c) se presentan imágenes STEM y las correspondientes imágenes de mapeo EDX de las muestras A1, A2 y A3, respectivamente. La primera columna de la Figura 8 muestra imágenes de campo oscuro anular de ángulo alto (HAADF). La estructura completamente porosa del aerogel ha sido confirmada por imágenes HAADF (muestra A1, la primera fila). Otras 4 columnas muestran mapas de distribución elemental, obtenidos mediante EDX, de los aerogeles de sílice, a saber, Si, O, Na y CI. Está claro que Na y CI (comparar las filas 4 y 5 en la Figura 8) también tienen una correlación espacial con Si y O (ver las filas 2 y 3 de la Figura 8) y también muestran porosidad (aerogel de sílice). En particular, es importante tener en cuenta que el material para HRTEM/STEM se ultrasonicó en agua DI durante mucho tiempo, por lo que cualquier superficie de NaCl se disolvería en el agua. Por lo tanto, el origen del Na y el CI en la Figura 8 debe provenir de la mayor parte del aerogel de sílice. Por lo tanto, las imágenes STEM y HRTEM prueban que el cloruro de sodio se forma por la reacción del bicarbonato de sodio y el cloruro de hidrógeno generado en los poros de los aerogeles de sílice.

Ejemplo 4 - Preparación de aerogel de sílice en varias etapas utilizando vidrio soluble como fuente de silicio

Se diluyó vidrio soluble (silicato de sodio, Sigma Aldrich: N/A²O -10.6 %, SiO22 ~26.5 %) se diluyó con agua desionizada (vidrio soluble 1:4: agua DI). El intercambio iónico se llevó a cabo con Amberlite (resina de intercambio catiónico tipo estireno fuertemente ácida). El sol de sílice tenía un pH en el rango de 2 -3 después de terminar el proceso de intercambio iónico. El sol se transfirió a un vaso de precipitados y se agitó durante 5 min. Para la etapa de gelificación, se utilizó una solución de hidróxido de amonio y fluoruro de amonio para modificar el pH del sol a 6. El sol de sílice se transfirió a un molde de plástico (50 mm de diámetro) para la gelificación. La gelificación se completó en 15 minutos, luego el hidrogel se sumergió en agua durante 24 horas para envejecer. El agua se intercambió con una solución de bicarbonato de sodio (4.4 g por cada 100 ml de agua) como se describe en el Ejemplo 1. Después de agitar magnéticamente durante 24 h, el hidrogel se trasladó a una placa de Petri vacía. Para modificación de superficies y etapa de generación de CO², el hidrogel se sumergió en una solución de TMCS (6 ml) en etanol (150 ml) durante 8 h. El hidrogel se enjuagó y lavó con agua desionizada varias veces para eliminar la sal de los poros, como se describe anteriormente en el Ejemplo 1. El óxido poroso lleno de gas resultante se sumergió en etanol durante 24 horas y luego se secó a 60 °C durante otras 24 horas. El aerogel de sílice final tenía una superficie BET de 678 m2/g. El aerogel fabricado en este ejemplo es una muestra de aerogel de sílice (B)

Ejemplo 5 - Conductividad térmica del aerogel de sílice

La conductividad térmica a temperatura ambiente para la muestra de aerogel de sílice (B) es de 0.012 W/mK. Las mediciones de conductividad térmica en la Figura 9 se obtuvieron con una técnica de fuente plana transitoria (SE Gustavsson: Técnicas de fuente de plano transitorio para mediciones de conductividad térmica y difusividad térmica de materiales sólidos. Rev. Sci. instrumento 62(3), 797 (1991) utilizando HotDisk Modelo TPS 2500 S. La Figura 9 muestra la conductividad térmica en función de la temperatura hasta 420 K. Los círculos representan datos cuando la temperatura se elevó de RT a 420 K y los triángulos cuando la temperatura inicial era de 420 K y la muestra se enfrió. La conductividad térmica es más baja en el ciclo de enfriamiento porque durante el primer calentamiento parte del agua adsorbida en los poros del aerogel de sílice se evaporó dejando el aerogel menos húmedo, lo que reduce la conductividad térmica.

Ejemplo 6 - Aerogel de Dawsonita - un precursor de un aerogel de alúmina

Dawsonita, un hidroxicarbonato de aluminio y sodio NaAl (CO3)(OH)2, es precursor de la alúmina. Al calentar a 700 °C, la Dawsonita se puede convertir en Y-AI²O³[Zhanglong Yu, Yajing Lv, Yongmei Chen, and Pingyu Wan, "Laboratory Studies on the Preparation Procedures of Alumina Converted from Aluminum Citrate", Ind. Eng. Chem. Res. 2010, 49, 1832-1836]. Nuestro método descrito en este ejemplo prepara el aerogel de Dawsonita.

La preparación del sol implicó agitar una mezcla de sec-butóxido de aluminio, agua desionizada, acetoacetato de etilo y etanol en una relación molar de 1:0.6:0.58:16, durante 45 minutos a 60 °C. La etapa de hidrólisis y condensación se llevó a cabo mezclando el sol en agitación con una mezcla de metanol, agua, ácido acético y N,N-dimetilformamida (DMF) de relación ponderal Sol:MeOH:H²O:DMF= 1:0.2:0.003:0.03. Se añadió 1 ml de ácido acético por cada 30 ml de la mezcla bajo agitación magnética durante 30 min a temperatura ambiente. Luego, el sol homogéneo se transfirió a cajas herméticas y se mantuvo durante 7 días a temperatura ambiente para completar el proceso de gelificación. A continuación, el gel resultante se sumergió en solución de bicarbonato de sodio (4.4 g por cada 100 ml de agua) con agitación durante 24 h. El gel resultante que comprende el bicarbonato se puso en una solución de etanol que contenía TMCS (4 ml de TMCS en 100 ml de etanol) durante 24 ha 21 °C. El gel se enjuagó con etanol para eliminar el TMCS sin reaccionar y luego se empapó con agua y se agitó durante 8 h para el lavado. Por último, el gel se sumerge en etanol durante 24 h, luego se seca a temperatura ambiente durante 72 h y 100 °C durante 2 h a presión ambiente.

Se llevaron a cabo análisis BET y Barrett-Joyner-Halenda (BJH) para medir el área superficial y el tamaño de poro del aerogel de Dawsonita. Dawsonita mesoporosa de alta superficie de 345 m2/g y se obtuvo un diámetro de poro medio de 4 nm. Las imágenes SEM (Figura 10) muestran la estructura de macroporos y mesoporos de aerogeles de Dawsonita.

Se puede formar un aerogel de alúmina a partir del aerogel de Dawsonita producido en este ejemplo tomando una mezcla de (0.05 mol) de aerogel de Dawsonita y (0.05 mol) de NaOH y sinterizando la mezcla en un horno de mufla en el rango de temperatura de 100 a 300 °C durante 0.5-3 h. Después de enfriar a temperatura ambiente, el sinterizado se puede lavar con agua desionizada. El residuo se puede secar al vacío y tostar a 700 °C en la mufla.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para la producción de un aerogel de óxido que comprende opcionalmente un dopante, el método comprende:

2. Un método de la reivindicación 1, en el que el óxido es sílice.

3. Un método de la reivindicación 1, en el que el óxido es Dawsonita; opcionalmente, en el que el método comprende convertir el aerogel de Dawsonita en un aerogel de alúmina.

4. Un método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el electrófilo es un reactivo que reacciona con el gel húmedo de óxido para generar un ácido;

en el que opcionalmente el electrófilo es un agente de sililación que tiene la fórmula R3SiX, donde R es independientemente en cada aparición seleccionado de un grupo alquilo C¹-C⁴y haluro; y X se selecciona independientemente de grupos haluro y sulfato;

adicionalmente opcionalmente donde el electrófilo es trimetilclorosilano (TMCS);

aún más opcionalmente donde la relación de volumen del TMCS al gel húmedo de óxido está en el rango de 0.01 a 3.

5. Un método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la solución alcalina es una solución acuosa.

6. Un método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5,

en el que la solución alcalina es una solución acuosa de bicarbonato de sodio; y/o en el que la solución alcalina tiene una concentración en el rango de 1 % a 10 % p/v.

7. Un método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el método comprende la etapa de: tratar un gel húmedo de óxido precursor con una solución alcalina para proporcionar un gel húmedo de óxido que tiene un componente líquido que comprende una solución alcalina;

opcionalmente en el que el método comprende la etapa de:

formar el gel húmedo de óxido precursor.

8. Un método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el método comprende:

9. Un método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el proceso comprende la etapa de: convertir el óxido sólido poroso que contiene el CO²en el aerogel de óxido;

opcionalmente en el que el método comprende la etapa de:

secar el óxido sólido poroso que contiene un CO²para proporcionar el aerogel;

adicionalmente opcionalmente, en el que la etapa de secado comprende calentar el sólido poroso a una temperatura de menos de 100 °C.

10. Un método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, el método comprende la etapa de:

pulverizar el aerogel de óxido para formar un aerogel de óxido en polvo.

11. Un método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el método es un método para fabricar un material compuesto que comprende un aerogel de óxido;

opcionalmente, en el que el material compuesto es un material compuesto de fibra y aerogel de óxido y tanto el gel húmedo de óxido como el óxido sólido poroso comprenden fibras soportadas en la matriz de óxido.

12. Un método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que el método comprende la etapa de: reducir la cantidad de dopante en el óxido sólido poroso para proporcionar un óxido sólido poroso que tiene una cantidad reducida de dopante.

13. Un método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que el método comprende la etapa de: reducir la cantidad de dopante en el aerogel de óxido para proporcionar un aerogel de óxido que tenga una cantidad reducida de dopante.

14. Un método de la reivindicación 12 o la reivindicación 13, en el que la etapa de reducir la cantidad del dopante comprende lavar el óxido sólido poroso o el aerogel de óxido con agua.