[发明专利]一种以烷氧基硅烷的混合物所制备的硅气凝胶

说明书

技术领域

本发明涉及一种以烷氧基硅烷的混合物所制备的硅气凝胶，及其制备步骤。特别涉及硅气凝胶在空气净化、污水处理、化工提纯、海水纯化、溶剂回收等领域的应用。

背景技术

气凝胶是一种结构可控的纳米多孔轻质材料，其孔隙率可高达80～99.8%，比表面积为800～1000m²/g，密度可低至0.002g/cm³，典型孔洞尺寸为1～100nm（Journal of Sol-Gel Science and Technology，38（1）：55-61）。从1975年至今，仅被SCI收录的文献就有1000多篇，而美国第250期《科学》杂志更是将其列为20世纪90年代世界十大热门科学技术之一（宇航材料工艺，2009，1：3-34）。气凝胶在材料制备和性能基础及应用方面，已经取得了引人瞩目的成就。目前，气凝胶因其独特的结构和性质已被广泛应用于声阻抗耦合材料、催化剂及载体、高效隔热材料、制备高效可充电电池以及激光变靶材料等诸多领域。

气凝胶因为具有较大的比表面积，作为一种重要的过滤、吸附材料应用于环保、空气净化等许多领域。颗粒状活性炭、活性炭纤维、硅胶是目前应用较广的吸附材料，但这些材料都有其不利因素。比如，活性炭纤维价格昂贵，强度较差。这类活性炭材料具有一定的水吸附特性，对于处理含有水汽的废气和在潮湿环境中应用是不利的。还有，由于活性炭本身可燃，在大量可燃溶剂的吸附和再生场合，容易产生集热效应，存在安全隐患，需相应的辅助安全设施，提高了运行成本。常见的硅胶的比表面积一般不到400m²/g，其孔隙率也仅为30～60%左右，故其吸附率一般，且表面亲水，遇潮仍会降低其吸附效率。

硅气凝胶具有极大的比表面积、孔隙率，相比传统的活性炭材料，硅气凝胶的吸附性要强得多，其吸附容量比等量的粒状活性炭高出两个数量级，可以吸附空气中的绝大多数有害气体。硅气凝胶也能用于城市的废水处理与汽车尾气的吸收（Journal of Non-Crystalline Solids，2004，350：224-229）。

本发明通过实验研制了不同配比的原料来改变硅气凝胶的孔径、孔隙率、比表面积等性质，从而能对不同性质物质的起到吸收作用。同时本发明的硅气凝胶是一种疏水亲酯的化合物，确保了在潮湿环境下的吸附效率。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种原料低廉、选择性好、吸脱附性能强的硅气凝胶。本发明的硅气凝胶以烷氧基硅烷的混合物为原料制备的硅气凝胶，通过改变烷氧基硅烷的混合物的不同配比改变产物的性能，达到产物具有不同的孔径、孔隙率，从而对不同性质的挥发性有机物及细小颗粒物起到良好的吸附选择性和吸附容量。

为了便于理解本发明的技术方案，首先对本发明所涉及的术语作如下定义：

本发明所述的“表面活性剂”是指非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂中的任一种，或者两种以上的混合物，主要是十六烷基三甲基氯化铵、聚乙二醇壬基苯基醚、十六烷基三甲基溴化铵、聚氧乙烯壬基苯基醚、聚氧乙烯辛基苯基醚、溴化鲸蜡基三甲基铵、氯化鲸蜡基三甲基铵、十二烷基磺酸钠中的一种或两种以上的混合物。

本发明所述的“热裂解性化合物”是指尿素、脲、N-甲基甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、乙酰胺、N-甲基乙酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或两种以上的混合物。

本发明所述的“酸性溶液”是指盐酸、硫酸、醋酸、草酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸或其混合物的水溶液。

本发明所述的“溶剂”是指甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、乙二醇、丙酮或其混合物。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明的硅气凝胶的制备原料烷氧基硅烷的混合物必须包含A类烷氧基硅烷和B类烷氧基硅烷。其中：

A类烷氧基硅烷任选自：甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、N-正丙基三甲氧基硅烷、N-正丙基三乙氧基硅烷、γ-氯丙基三甲氧基硅烷、γ-氯丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷的一种或一种以上混合物；