一种空气净化用气凝胶复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及空气净化，特别涉及一种空气净化用气凝胶复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、烟草烟雾包括二手烟、三手烟，其主要成分为尼古丁及其衍生物、苯类物质、醛类物质、颗粒物、焦油等多种成分，长期暴露其中会对人体的正常生命活动造成严重的不利影响。

2、目前，由于烟草烟雾所含化合物的种类、结构、性质差异较大，常用的活性炭类吸附材料受限于原材料、工艺方法的限制，存在孔径调节能力差、吸附效率低、吸附容量小的问题，无法适用于清除空气中的烟草烟雾。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种空气净化用气凝胶复合材料及其制备方法，解决空气净化材料对于烟草烟雾净化效率低、吸附容量小的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明公开了一种空气净化用气凝胶复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：

4、步骤s1：将碳气凝胶、铜盐溶液超声分散，之后加入还原剂、碱性物质水浴搅拌，然后再加入硫氰酸盐继续搅拌10~30min，结束后离心，使用无水乙醇清洗沉淀，常压干燥，得到预处理碳气凝胶；

5、步骤s2：将预处理碳气凝胶、工业硅溶胶、硼酸、表面活性剂混匀，加入氢氟酸，进行反应，反应结束后得到湿凝胶；

6、步骤s3：将湿凝胶进行干燥处理，得到干凝胶；

7、步骤s4：将干凝胶进行分段热活化，再置于三甲基氯硅烷蒸汽的反应器内改性处理，得到气凝胶复合材料。

8、优选的，步骤s1中铜盐溶液为硫酸铜溶液、氯化铜溶液、硝酸铜溶液中的一种，浓度为0.1mol/l；还原剂为亚硫酸钠、亚硫酸钾中的一种；碱性物质为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种；硫氰酸盐为硫氰酸钾、硫氰酸钠中的一种。

9、优选的，步骤s1中碳气凝胶、铜盐溶液、还原剂、碱性物质、硫氰酸盐的质量比为(5~10)：(100~1000)：(1~12)：(0.5~2)：(2~20)；水浴搅拌温度为30~50℃，时间为10~30min。

10、优选的，步骤s2中工业硅溶胶质量百分数为10~30%；表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、氯化苯甲烃铵、苯扎溴铵中的一种。

11、优选的，步骤s2中预处理碳气凝胶、工业硅溶胶、硼酸、表面活性剂、氢氟酸的质量比为1：(10~20)：(0.1~1)：(0.02~0.05)：(0.5~2)；反应时间为5~10h。

12、优选的，步骤s3中干燥处理为冷冻干燥、超临界干燥中的一种。

13、优选的，步骤s4中分段热活化方法为：在氮气保护下，在300~400℃下保温2~3h，然后升温到450~550℃下保温1~2h，最后升温到800~900℃保温1~2h。

14、优选的，步骤s4中三甲基氯硅烷蒸汽浓度为0.1~1g/m3；改性处理时间为1~5min。

15、本发明一种空气净化用气凝胶复合材料，采用上述的一种空气净化用气凝胶复合材料的制备方法制备获得。

16、本发明的有益效果：

17、1、本发明以碳气凝胶为内层，二氧化硅气凝胶为外层，并通过物理和化学的方法，对复合材料的化学组成、结构进行调控，有效提高了材料对烟草烟雾的吸附效率和吸附容量。

18、2、本发明通过预处理干燥过程中在水分子的表面能作用下碳气凝胶的孔隙收缩，使碳气凝胶的孔径分布左移，提高了碳气凝胶中微孔和介孔的占比，进而能够有效提高复合材料的吸附效率。后续热活化过程，预处理碳气凝胶中的铜化合物受热分解，形成的铜均匀分布于复合材料中，有效提升复合材料对尼古丁及其衍生物的吸附效率。

19、3、在干凝胶的热活化过程中，硼酸发生热分解反应，产生的气体扩展了二氧化硅气凝胶的孔径，使复合材料由外到内的气体分子通路更加顺畅，能够有效提升复合材料的吸附容量，并且由于氧化硼的存在能够有效防止改性处理过程中水分子的干扰。

20、4、本发明制备的复合材料，能够通过二次热活化过程对吸附饱和的材料进行再生处理。

技术特征：

1.一种空气净化用气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的一种空气净化用气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中铜盐溶液为硫酸铜溶液、氯化铜溶液、硝酸铜溶液中的一种，浓度为0.1mol/l；还原剂为亚硫酸钠、亚硫酸钾中的一种；碱性物质为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种；硫氰酸盐为硫氰酸钾、硫氰酸钠中的一种。

3.如权利要求1所述的一种空气净化用气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中碳气凝胶、铜盐溶液、还原剂、碱性物质、硫氰酸盐的质量比为(5~10)：(100~1000)：(1~12)：(0.5~2)：(2~20)。

4.如权利要求1所述的一种空气净化用气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中水浴搅拌温度为30~50℃，时间为10~30min。

5.如权利要求1所述的一种空气净化用气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中工业硅溶胶质量百分数为10~30%；表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、氯化苯甲烃铵、苯扎溴铵中的一种。

6.如权利要求1所述的一种空气净化用气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中预处理碳气凝胶、工业硅溶胶、硼酸、表面活性剂、氢氟酸的质量比为1：(10~20)：(0.1~1)：(0.02~0.05)：(0.5~2)；反应时间为5~10h。

7.如权利要求1所述的一种空气净化用气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中干燥处理为冷冻干燥、超临界干燥中的一种。

8.如权利要求1所述的一种空气净化用气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s4中分段热活化方法为：在氮气保护下，在300~400℃下保温2~3h，然后升温到450~550℃下保温1~2h，最后升温到800~900℃保温1~2h。

9.如权利要求1所述的一种空气净化用气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s4中三甲基氯硅烷蒸汽浓度为0.1~1g/m3；改性处理时间为1~5min。

10.一种空气净化用气凝胶复合材料，其特征在于，采用如权利要求1-9所述的一种空气净化用气凝胶复合材料的制备方法制备获得。

技术总结本发明涉及空气净化技术领域，公开了一种空气净化用气凝胶复合材料及其制备方法，包括如下步骤：采用铜盐溶液、还原剂、碱性物质、硫氰酸盐对碳气凝胶进行预处理；将预处理碳气凝胶、工业硅溶胶、硼酸、表面活性剂混匀，加入氢氟酸，得到湿凝胶；将湿凝胶进行干燥处理，得到干凝胶；将干凝胶进行分段热活化，再置于三甲基氯硅烷蒸汽的反应器内改性处理，得到气凝胶复合材料。本发明以碳气凝胶为内层，二氧化硅气凝胶为外层，并通过物理和化学的方法，对复合材料的化学组成、结构进行调控，有效提高了材料对烟草烟雾的吸附效率和吸附容量。技术研发人员：鲁昆昆,杭渤,张青青,吴双,李龙华受保护的技术使用者：奥伯风环境科技（南京）有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6