[发明专利]一种气凝胶海绵材料以及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种气凝胶海绵材料，其由以下质量份的原料制成：(1)硅烷偶联剂1‑5份；(2)表面活性剂5‑15份；(3)溶剂15‑55份；(4)二氧化硅溶胶50‑90份；(5)水性胶黏剂10‑40份；(6)改性多孔海绵5‑40份，其中气凝胶海绵材料的甲醛蒸气最大吸附量大于130mg/g。本发明还公开了一种制备上述气凝胶海绵材料的方法；以及一种上述气凝胶海绵材料用作吸附剂，尤其用于吸附空气中的有害气体，优选甲醛、苯、香烟烟雾等的用途。本发明的生产工艺新颖，制备得到的气凝胶海绵材料不仅可以吸附多种有毒有害气体，而且结构稳定，具有良好的市场应用前景。

技术领域

本发明属于吸附材料领域，具体涉及一种气凝胶海绵材料以及其制备方法和用途。

背景技术

作为一种低密度的超轻材料，二氧化硅气凝胶具有高比表面积、高孔隙率且表面疏水的特性。这些独特的性能，使其在建筑保温、航空航天、环境保护等领域有着巨大的应用前景。现今，二氧化硅气凝胶的工业化已经初步具备规模，常压干燥工艺可以对其连续性规模化地进行生产，这也为二氧化硅气凝胶功能的进一步开发提供有力支持。

甲醛和苯会残留在家具中的粘合剂、涂料、墙纸、化纤地毯等处，随着时间的推移，缓慢释放到空气中，危害人体的健康。在日常生活中，人们还会接触到二手烟，二手烟是来自香烟燃烧的支流烟(约占85％)和吸烟者吐出的主流烟(约占15％)的混合烟雾。除了二手烟，人们接触到的吸烟后残留在物体表面和灰尘中的烟雾污染物，即三手烟，也不容忽视。因此开发出新型有效的空气净化材料迫在眉睫。

由于二氧化硅气凝胶的机械强度很低，容易形成浮粉扬尘，限制了它在环保吸附领域的应用。目前常用的吸附材料种类很多，硅胶、氧化铝作为一类无机吸附剂，其亲水性限制了在潮湿环境下对气体的吸附效果；炭吸附材料的代表是活性炭，活性炭成本低、制备工艺简单，但是其对气体吸附的选择性差，吸附效率低。大孔吸附树脂作为具有大孔结构的高分子吸附剂，其比表面积高，吸附选择性高，但使用时预处理难度大，并且因为其强度差，使用时易破碎。作为多孔、高比表面积的二氧化硅气凝胶材料，既可以适应不同环境下的使用，并且对于各种挥发性有毒有害气体有着很好的吸附效果，其技术的发展与突破为新一代空气净化产品提供了有力的支持。

海绵是一种多孔材料，因其孔隙较大，吸附能力很弱；但海绵柔性大，结构稳定，可用作载体。因此，结合海绵的低成本、高柔性、稳定结构与气凝胶的低密度、高孔隙率、高吸附性等优点，利用海绵为二氧化硅气凝胶作为气体吸附剂提供载体支持，制备出机械性能佳、自身强度高且对于有害气体吸附能力强的气凝胶海绵材料将是一种新的尝试。

发明内容

基于上述原因，本发明的目的在于提供一种气凝胶海绵材料以及其制备方法和用途。海绵为二氧化硅气凝胶作为气体吸附剂提供了载体支持，解决了二氧化硅气凝胶自身机械性能差、易浮粉扬尘的缺陷。同时，海绵较大的孔径(亚毫米至毫米级)与气凝胶较小的孔径(纳米至数十纳米)形成套嵌式分级结构，大大提高了气体过滤吸附的效率。制备得到的气凝胶海绵材料用于吸附剂领域，能够吸附空气中的相关污染成分，如甲醛、苯、PM2.5以及香烟烟雾成分中的有毒化合物。

本发明提供了一种气凝胶海绵材料，其由以下质量份的原料制成：(1)硅烷偶联剂1-5份；(2)表面活性剂5-15份；(3)溶剂15-55份；(4)二氧化硅溶胶50-90份；(5)水性胶黏剂10-40份；(6)改性多孔海绵5-40份，其中气凝胶海绵材料的甲醛最大吸附量大于80mg/g。

在一些实施方案中，气凝胶海绵材料的甲醛最大吸附量大于130mg/g。

在一些实施方案中，气凝胶海绵材料的苯最大吸附量大于100mg/g。

在一些实施方案中，气凝胶海绵材料的苯最大吸附量大于200mg/g。

在一些实施方案中，气凝胶海绵材料对于香烟烟雾中尼古丁的最大吸附量达到145μg/g。