專利名稱：含多孔氣凝膠的復合吸附過濾材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及復合吸附過濾材料及其制備方法領域，特別涉及含多孔氣凝膠的復合吸附過濾材料及其制備方法領域。
背景技術：
SiO2氣凝膠是一種高比表面積、低密度的多孔材料。由于納米網(wǎng)絡結構的存在，導致了這種材料本身具有特殊的性質，在光學、電學、聲學、環(huán)保、冶金等眾多領域有著廣泛的應用前景，被美國第250期《科學》列為世界十大熱門科學技術。我國也有許多人在進行這方面的研究。SiO2納米多孔氣凝膠具有很高的比表面和空洞率，是一種輕質高效吸附過濾材料，但實際使用不多，這主要是由于氣凝膠的機械強度不夠，成型困難，因此阻礙了大面積或大范圍廣泛使用。為解決這個問題有人嘗試用氣凝膠與其它材料復合(中國專利95197068.2《一種含有氣凝膠的復合材料、其制備方法和應用》，96196879.6《含有氣凝膠和粘合劑的復合材料，其制備方法及其應用》，96196880.X《含有纖維的氣凝膠復合材料》)，但其制品多為復合板材，許多復合材料會包覆氣凝膠的氣孔，故基本都用于保溫隔熱領域，而不用于吸附隔熱領域。中國專利8805195.8《氣凝膠作為吸附劑的應用》中的氣凝膠用作從液相吸附中的吸附劑，但只是在液相吸附應用方面，沒有談到氣凝膠的制備和與其他材料復合的問題，以及對復雜氣體的吸附過濾作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種應用范圍廣泛的含多孔氣凝膠的復合吸附過濾材料。
本發(fā)明的另一個目的在于提供上述復合吸附過濾材料的制備方法。
本發(fā)明所述的含多孔氣凝膠的復合吸附過濾材料，其中所含的氣凝膠與有機或無機的纖維或織物都具有吸附性能，兩者含量可根據(jù)實際應用需要進行調(diào)節(jié)。氣凝膠含量越高，吸附性能越強，凸現(xiàn)了納米多孔氣凝膠材料的優(yōu)異吸附特性，可選擇性的吸附過濾不同分子尺寸的有害物質，同時與纖維或織物的復合解決了氣凝膠機械強度差的缺陷；纖維或織物比例越高，復合吸附過濾材料的機械強度就越大，氣凝膠的加入提高了纖維吸附過濾材料本身的吸附性能。
本發(fā)明所述的含多孔氣凝膠的復合吸附過濾材料，該材料由以正硅酸乙酯為硅源制備的SiO2氣凝膠和纖維或織物組成。以正硅酸乙酯為硅源制備的SiO2氣凝膠可由下述的方法制得。
本發(fā)明所述的含多孔氣凝膠的復合吸附過濾材料，其中SiO2氣凝膠和纖維或織物的質量比為0.1～10∶1。
本發(fā)明所述的含多孔氣凝膠的復合吸附過濾材料，所述的纖維或織物可以是天然的植物性纖維、動物性纖維、石油化工制品或無機玻璃纖維、陶瓷纖維制品等。
本發(fā)明所述的含多孔氣凝膠的復合吸附過濾材料，材料中氣凝膠孔洞率大于80％，孔徑尺寸5nm～30nm左右，體積密度50kg/m3～300kg/m3，比表面600～1000m2/g。
本發(fā)明所述的含多孔氣凝膠的復合吸附過濾材料的制備方法，其步驟如下a、將正硅酸乙酯、乙醇、水和HF混合后攪拌0.5～5小時，靜止存放1～10小時得到SiO2濕凝膠，所用的正硅酸乙酯、乙醇、水和HF的體積比為1∶3～15∶0.5～1.0∶0.02～0.1；b、將SiO2濕凝膠和纖維或織物于三甲基氯硅烷與正己烷混合溶液中浸泡修飾18～30小時；c、取出SiO2濕凝膠和纖維或織物后在100～200℃進行熱處理，即得到含有SiO2多孔氣凝膠的有機或無機纖維或織物。
本發(fā)明所述的含多孔氣凝膠的復合吸附過濾材料的制備方法，其中步驟b放入的纖維或織物與SiO2濕凝膠的質量比為0.1～10∶1；所述的纖維或織物可以是天然的植物性纖維、動物性纖維、石油化工制品或無機玻璃纖維、陶瓷纖維制品等；三甲基氯硅烷與正己烷的體積比為1∶5～15。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明采用常壓干燥方法制備納米多孔氣凝膠，在制備多孔氣凝膠的同時與纖維或織物復合，省卻了許多后期復合的工序和麻煩，制作成本大為降低。用本發(fā)明所述的方法制備的復合體中多孔氣凝膠的性質不變，分布均勻，比例可調(diào)，能很好適用于多種吸附過濾對象。該復合體中的多孔氣凝膠與纖維或織物的結合牢固，從根本上克服了多孔氣凝膠機械強度低的缺點。
具體實施例方式
實施例1將100ml正硅酸乙酯、1500ml無水乙醇、60ml蒸餾水和2mlHF均勻混合后攪拌0.5hr，靜止存放10hr，得到SiO2濕凝膠。將SiO2濕凝膠搗碎浸泡于體積比為1∶8的三甲基氯硅烷與正己烷混合溶液中，常溫下浸泡做表面修飾，并將木質纖維素一并放入，放入纖維的總量與SiO2多孔氣凝膠質量比為1∶10。24小時后取出，待表面干燥后放入烘箱加溫至200℃進行熱處理，即得到含有SiO2多孔氣凝膠的有機纖維，即含多孔氣凝膠的復合吸附過濾材料。
經(jīng)ASAP-2000型物理吸附儀檢測，材料中氣凝膠孔洞率92％，孔徑尺寸20nm，體積密度120kg/m3，比表面積800m2/g。該氣凝膠復合吸附過濾材料可用于吸附四氯化碳、甲醛、甲苯等有毒氣體，吸附過濾性能很好。
實施例2將100ml正硅酸乙酯、1000ml無水乙醇、100ml蒸餾水和10mlHF均勻混合后攪拌2小時，靜止存放1小時，得到SiO2濕凝膠。將SiO2濕凝膠搗碎浸泡于體積比為1∶15的三甲基氯硅烷與正己烷混合溶液中，常溫下浸泡作表面修飾，同時還放入硅酸鈣漿料、金紅石型鈦白粉、陶瓷纖維、玻璃纖維、多孔水泥，其加入量與SiO2濕凝膠按質量比分別為10∶5∶1∶1∶0.5∶100。30小時后取出，待表面干燥后放入烘箱加溫至100℃進行熱處理，再壓制成塊體，即得到疏水型二氧化硅氣凝膠復合材料塊體。
經(jīng)ASAP-2000型物理吸附儀檢測，材料中氣凝膠孔洞率90％，孔徑尺寸10nm左右，體積密度150kg/m3，比表面積600m2/g。該氣凝膠復合吸附過濾材料可用于吸附亞甲基藍，乙醛、三氯甲烷等有毒物質，吸附過濾性能很好。
實施例3將100ml正硅酸乙酯、300ml無水乙醇、50ml蒸餾水和6mlHF均勻混合后攪拌5hr，靜止存放3小時，得到SiO2濕凝膠。將SiO2濕凝膠搗碎浸泡于體積比為1∶5的三甲基氯硅烷與正己烷混合溶液中，常溫下浸泡作表面修飾，同時還放入陶瓷纖維，其總加入量與SiO2濕凝膠按質量比為10∶1。18小時后取出，待表面干燥后放入烘箱加溫至150℃進行熱處理，再壓制成塊體，即得到疏水型含多孔氣凝膠的復合吸附過濾材料。
經(jīng)ASAP-2000型物理吸附儀檢測，材料中氣凝膠孔洞率80％，孔徑尺寸5nm左右，體積密度200kg/m3，比表面積600m2/g。該氣凝膠復合吸附過濾材料可用于吸附水中苯酚、吡啶等有毒物質，吸附過濾性能很好。
由以上
具體實施例方式
可知，本發(fā)明采用常壓干燥方法制備納米多孔氣凝膠，在制備多孔氣凝膠的同時與纖維或織物復合，省卻了許多后期復合的工序和麻煩，制作成本大為降低。用本發(fā)明所述的方法制備的復合體中纖維或織物與SiO2濕凝膠比例可調(diào)，能適用于多種吸附過濾對象，應用范圍廣泛。
權利要求
1.一種含多孔氣凝膠的復合吸附過濾材料，該材料由以正硅酸乙酯為硅源制備的SiO2氣凝膠和纖維或織物組成。
2.如權利要求1所述的含多孔氣凝膠的復合吸附過濾材料，其特征在于其中所含的SiO2氣凝膠和纖維或織物的質量比為0.1～10∶1。
3.如權利要求1所述的含多孔氣凝膠的復合吸附過濾材料，其特征在于所述的纖維或織物是指天然的植物性纖維、動物性纖維、石油化工制品或無機玻璃纖維、陶瓷纖維制品。
4.權利要求1～3所述的含多孔氣凝膠的復合吸附過濾材料的制備方法，其步驟如下a、將正硅酸乙酯、乙醇、水和HF混合后攪拌0.5～5小時，靜止存放1～10小時得到SiO2濕凝膠，所用的正硅酸乙酯、乙醇、水和HF的體積比為1∶3～15∶0.5～1.0∶0.02～0.1；b、將SiO2濕凝膠和纖維或織物于三甲基氯硅烷與正己烷混合溶液中浸泡修飾18～30小時；c、取出SiO2濕凝膠和纖維或織物后在100～200℃進行熱處理即可。
5.如權利要求4所述的含多孔氣凝膠的復合吸附過濾材料的制備方法，其特征在于步驟b放入的纖維或織物與SiO2濕凝膠的質量比為0.1～10∶1。
6.如權利要求4所述的含多孔氣凝膠的復合吸附過濾材料的制備方法，其特征在于步驟b中三甲基氯硅烷與正己烷的體積比為1∶5～15。
7.如權利要求4所述的含多孔氣凝膠的復合吸附過濾材料的制備方法，其特征在于步驟b中所述的纖維或織物是指天然的植物性纖維、動物性纖維、石油化工制品或無機玻璃纖維、陶瓷纖維制品。
全文摘要
本發(fā)明涉及含多孔氣凝膠的復合吸附過濾材料及其制備方法領域。本發(fā)明所述的含氣凝膠的復合吸附過濾材料由以正硅酸乙酯為硅源制備的SiO
文檔編號B01D39/02GK1861250SQ20051002579
公開日2006年11月15日 申請日期2005年5月12日 優(yōu)先權日2005年5月12日
發(fā)明者倪星元, 張志華, 沈軍, 周斌, 吳廣明, 吳越華 申請人:同濟大學