[发明专利]一种在气凝胶材料中负载易升华物质的方法

说明书

一种在气凝胶材料中负载易升华物质的方法，将单质易升华物质放入活塞密封气缸底部，上部叠放气凝胶材料，装入活塞；排出气缸内及气凝胶材料中的空气，然后通过气缸出口通入惰性气体；密封气缸出口，快速推压活塞，气缸内的惰性气体由于骤然压缩而升温，致使易升化物质单质受热升华，并在活塞压力下进入气凝胶材料的孔道之中；快速抽拉活塞至气凝胶材料初始长度，惰性气体因体积膨胀温度下降，随着温度的下降，气相易升化物质凝结形成纳米级颗粒，并均匀分散在气凝胶材料的孔道中；获得高易升化物质负载量的气凝胶材料。本发明方法负载量高、易升华物质分布均匀，该发明可用于含有易升化物质的工业废气处理，也可以用于制备均匀的复合材料。

技术领域

本发明属于环保领域或复合材料领域，具体涉及一种在气凝胶材料中负载易升华物质的方法。

背景技术

随着人类工业化进程的推进，地球资源日益枯竭，人们在急于寻找新型能源的同时，加倍关注对已有能源的可循环利用。另外使用化石燃料导致的环境污染问题也被环保人士及科学家们饱受诟病。我国自上世纪八十年代以来，国民经济快速发展的同时，资源枯竭与环境污染的问题也日益突显。我国作为煤炭大国，煤炭资源占总资源储量的一半以上，而煤炭资源在开采、加工、发电应用中常常伴随着巨大的废弃物，其产生的工业三废(废渣、废水、废弃)一直以来是我国工业绿色改革、可循环发展的关键问题。

气凝胶材料，又称为干凝胶。当凝胶脱去大部分溶剂，使凝胶中液体含量比固体含量少得多，或凝胶的空间网状结构中充满的介质是气体，外表呈固体状，这即为干凝胶，也称为气凝胶。气凝胶是一种固体物质形态，世界上密度很小的固体之一。密度为3千克每立方米。一般常见的气凝胶为硅气凝胶，其最早由美国科学工作者Kistler在1931年因与其友打赌制得。气凝胶的种类很多，有硅系，碳系，硫系，金属氧化物系，金属系等等。气凝胶材料在分形结构研究领域、隔热材料研究领域、隔音材料研究领域都具有重要的研究价值。

近年来，在储能材料领域，碳气凝胶作为新型导电的多孔材料是继纤维状活性碳以后发展起来的一种新型碳素材料，它具有很大的比表面积(600-1000m²/kg)和高电导率(10-25s/cm)。而且，密度变化范围广(0.05-1.0g/cm³)。如在其微孔洞内充入适当的电解液，可以制成新型可充电电池，它具有储电容量大、内阻小、重量轻、充放电能力强、可多次重复使用等优异特性，初步实验结果表明：碳气凝胶的充电容量达3×10⁴/kg²，功率密度为7kw/kg，反复充放电性能良好，被广泛应用于电化学、催化和环境保护等各个领域。

现有的气凝胶负载单质易升化物质的方法主要有：

(1)吸附法：将气凝胶材料进行压块封装组成吸附袋或吸附模块，利用其优异的表面吸附能力将通过的含易升化物质废气中的易升化物质元素进行吸附。该方法虽然工艺简单，但未能充分利用气凝胶高比表面积及孔容，易中毒，负载易升化物质效率低下。

(2)溶剂交换法：将易升化物质单质溶解于乙醇、乙醚、二硫化碳、四氯化碳、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、环己烷、甲苯和苯有机溶剂中，将上述溶剂浸渍气凝胶材料，再将有机溶剂蒸发后，单质易升化物质重新析出负载在气凝胶材料中。但该方法中有机溶剂难以进入微孔结构，导致负易升化物质不充分且不够均匀，且有机溶剂多有毒性，蒸发后需要回流冷凝以回收利用，导致工艺复杂，成本难以下降。

(3)化学法：将易升化物质的反应原料溶解在溶剂中，再将气凝胶材料分散在该溶剂中，在一定条件下激发反应，反应生成单质易升化物质颗粒负载在气凝胶材料中。但该方法中有机溶剂难以进入微孔结构，导致易升化物质负载不充分且不够均匀，且需经过控制条件以发生化学反应，反应精度难以控制，工艺复杂，成本高。