[發(fā)明專利]一種以烷氧基硅烷為原料的疏水親酯性硅氣凝膠

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• 申請日: 2013-08-08
• 公開（公告）號: CN104338511A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 史東方;蔣龍;姚虎
• 申請（專利權(quán)）人: 鎮(zhèn)江新元素醫(yī)藥科技有限公司
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/28;B01J20/30;B01J13/00
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種以烷氧基硅烷為原料的疏水親酯性硅氣凝膠及其制備步驟，以及該氣凝膠在空氣凈化、污水處理、化工提純、醫(yī)藥過濾等領(lǐng)域的應(yīng)用。

背景技術(shù)

過濾及吸附材料已廣泛地應(yīng)用于空氣凈化、污水處理、化工提純等不同的領(lǐng)域。顆粒狀活性炭、活性炭纖維、硅膠是目前應(yīng)用較廣的吸附材料，但這些材料都有其不利因素。比如，活性炭纖維價格昂貴，強(qiáng)度較差。這類活性炭材料具有一定的水吸附特性，對于處理含有水汽的廢氣或在潮濕環(huán)境中應(yīng)用是不利的。還有，由于活性炭本身可燃，在大量可燃溶劑的吸附和再生場合，容易產(chǎn)生集熱效應(yīng)，存在安全隱患，需相應(yīng)的輔助安全設(shè)施，提高了運行成本。常見的硅膠的比表面積一般不到400m²/g，其孔隙率也僅為30%～60%左右，故其吸附率一般，且表面親水，遇潮仍會降低其吸附效率。

硅氣凝膠是一種內(nèi)含大量空氣，低密度、高孔隙率的多孔非晶固態(tài)材料，其孔隙率可達(dá)90%以上，典型的孔洞尺寸在1～100nm范圍（Journal?of?the?Chinese?Ceramic?Society，2007，35（8）：1081-1085）。硅氣凝膠在力學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等多方面均顯示出獨特的性質(zhì)，它們明顯不同于孔洞結(jié)構(gòu)在毫米和微米量級的多孔材料，其纖細(xì)的納米結(jié)構(gòu)使得材料的熱導(dǎo)率極低，具有極大的比表面積。因此，硅氣凝膠具有廣闊的應(yīng)用前景，可以作為透明絕熱材料、冰箱絕熱材料、聲阻抗耦合材料，還可以用于超級電容材料、新型氣體過濾器、新型催化劑或催化劑載體等方面。相比傳統(tǒng)的活性炭材料，硅氣凝膠的吸附性要強(qiáng)的多，其吸附容量比等量的粒狀活性炭高出兩個數(shù)量級（Journal?of?Non-Crystalline?Solids，2004，350：224-229）。但是，氣凝膠的親水性限制了它在某些領(lǐng)域的運用，遇水或者水蒸氣會使它的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，失去它本來特有的性質(zhì)。

現(xiàn)有的疏水性硅氣凝膠的生產(chǎn)法方法，在公開發(fā)表的國內(nèi)外學(xué)術(shù)論文中，其制備大都是以四烷氧基硅為原料，以烷基硅酸酯之類的有機(jī)硅做添加劑，然后采用超臨界流體技術(shù)進(jìn)行干燥的。專利CN200510012186.3報道利用稻殼灰為原料制備疏水性二氧化硅氣凝膠，能得到表面具有較好的疏水性的硅氣凝膠。專利CN201110118807.1報道甲基三乙氧基硅烷為原料制備的彈性硅氣凝膠具有密度低、彈性好、疏水性好的特點。發(fā)表在（Journal?of?Materials?Chemistry，2011，21，17077-17079）的文章報道了由甲基三甲氧基硅烷和二甲基二甲氧基硅烷為原料制備的具有疏水性的硅氣凝膠。發(fā)表在（Angew.Chem.Int.Ed.2013，52，1-5）的文章報道了由疏水性多孔氣凝膠的制備及油水分離技術(shù)的應(yīng)用。

綜合專利技術(shù)和文獻(xiàn)報道，本發(fā)明通過改變原料的配比達(dá)到改變最終產(chǎn)物硅氣凝膠的孔徑、孔隙率、比表面積等性質(zhì)，從而達(dá)到對不同性質(zhì)的揮發(fā)性有機(jī)物均具有良好的吸收效果。同時，本發(fā)明的硅氣凝膠是一種疏水親酯性的化合物，確保了在潮濕環(huán)境下對有機(jī)氣體的吸附效率，并且制備方法簡單易行，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種以烷氧基硅烷為原料的具有優(yōu)良疏水親酯性能的硅氣凝膠，同時具有良好的孔隙率、孔徑、比表面積，在空氣凈化、污水處理、化工提純、醫(yī)藥過濾等領(lǐng)域具有優(yōu)良的應(yīng)用效果。

為了便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，首先對本發(fā)明所涉及的術(shù)語作如下定義：

本發(fā)明所述的“烷氧基硅烷”是指結(jié)構(gòu)式為XSi（OY）₃的化合物，例如：甲基三甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷等、乙烯基三甲氧基硅烷、正丙基三甲氧基硅烷、巰丙基三甲氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷、氯丙基三甲氧基硅烷等。

本發(fā)明所述的“溶劑”是指甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、乙二醇、丙酮或其混合物。

本發(fā)明所述的“酸性水溶液”是指鹽酸、硫酸、醋酸、草酸、檸檬酸、酒石酸、蘋果酸或其混合物的水溶液。

本發(fā)明所述的“堿性水溶液”是指氨水、碳酸銨、碳酸氫銨、尿素、一正丁胺、一乙醇胺或其混合物的水溶液。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

本發(fā)明主要以單一的烷氧基硅烷或混合的烷氧基硅烷為原料，加入適當(dāng)溶劑和10mM酸性水溶液和10M堿性水溶液成凝膠狀，通過有機(jī)溶劑的不斷置換，在常溫下干燥，得到疏水親酯性硅氣凝膠，具體步驟如下：