[发明专利]气凝胶基多孔流体、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种气凝胶基多孔流体、其制备方法及应用。所述气凝胶基多孔流体为包含疏水气凝胶微粒、高分子和水相的动力学稳定混合体系，且该动力学稳定混合体系中的水相不会进入疏水气凝胶微粒的固有孔隙中；所述气凝胶基多孔流体具有多相界面，密度为0.3～0.9g/cmsupgt;3/supgt;，受压缩能够回弹。本发明提供的气凝胶基多孔流体密度低且能够压缩回弹，同时还具有流动性好、放置稳定性强、比表面积巨大等特性。本发明提供的多孔流体是第一例水性多孔流体，也是首个基于气凝胶的多孔流体，其丰富的多相界面可用作各种界面反应的载体，也可直接作为弹性液体使用，在减震、抗冲击、强化采油和浮油吸收等方面具有良好的应用。

技术领域

本发明涉及一种多孔材料及其制备方法和应用，具体涉及一种气凝胶基多孔流体及其制备方法与应用，属于多孔材料及有机无机复合材料技术领域。

背景技术

多孔流体(porous liquids)是一类新型的多孔材料，同时具有流体吸收剂的流动性和固体吸收剂的多孔性。其优点主要在于较好的流动性可快速散热，有利于加快气体吸收以及流体的回收过程，拓展吸收剂可供应用的工业场合；另外固体吸附剂中常见的物理老化、塑化以及机械磨损在多孔流体中非常少见，作为新型流动性吸收剂具有广阔的应用前景。目前多孔流体主要分为三类：I型多孔流体是含有本征孔的液态分子，如环糊精等(Nat Chem 2020，12，270)；II型多孔流体是含有本征孔分子的溶液，如葫芦脲-环己烷溶液；III型多孔流体是高度分散多孔材料颗粒(如：沸石、配位聚合物等)的悬浊液(AngewChem Int Ed 2018，57，11909)。迄今为止，业界研发人员已经制备了各种类型的多孔流体，包括环糊精I型多孔流体(CN111995794A)、多孔主体交联改性聚二甲基硅氧烷I型多孔流体(CN113913020A)、流体空心二氧化硅II型多孔流体(CN107140644A)、于聚二甲基硅氧烷中分散的金属有机框架III型多孔流体(CN109745952A)、于离子流体中分散的钒氧簇基金属有机笼III型多孔流体(CN113274980A)等。

I型和II型多孔流体，由于具有本征孔的分子级材料种类稀少，因为相关报道也非常少。目前业界报道较多的为III型多孔流体，而为实现III型多孔流体的制备，分散剂需要具有较高的空间位阻，以避免其进入多孔材料颗粒内部，该类分散剂一般为分子尺寸较大的有机溶剂或离子液体，通常存在成本高昂、生物毒性剧烈等问题。相应的，水分子由于其过小的空间位阻容易进入多孔材料颗粒内部，一般不能作为分散剂使用，因而尽管水性多孔流体更为环保低廉，但业界鲜有报道。而如果引入一种具有疏水性的多孔材料，并将其分散在水中的同时保证水分子不进入其孔隙，便可制得水性多孔流体。疏水气凝胶则符合这一要求。

气凝胶是一种高度多孔性的纳米材料，是目前世界上质量最轻、隔热性能最好的固体材料。由于气凝胶具有高比表面积(400～1500m²/g)、高孔隙率(80～99.8％)、低密度(0.003～0.6g/cm³)和低热导率(0.013～0.038W/mK)等特点，使得气凝胶在隔热保温、声阻抗耦合、吸附和过滤、催化剂载体、药物载体等领域具有非常广阔的应用前景。迄今为止，业界研发人员已经通过化学交联法制备了各种类型的气凝胶，包括二氧化硅气凝胶(CN102424538A；CN102633269A)、甲壳素和壳聚糖气凝胶(CN102417606A)、碳气凝胶(CN102423668A)、金属氧化物及其复合气凝胶(CN102513041A)、多元素复合气凝胶(CN102584010A)、石墨烯和碳纳米管气凝胶(CN102674315A)、氧化铁气凝胶(CN102671587A)等。上述气凝胶在疏水化改性后适合作为多孔流体的构筑基元。