[發明專利]一種在氣凝膠材料中負載易升華物質的方法

有效

• 申請號: 201611241817.3
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106631153B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 燕映霖;陳利萍;王巖;楊蓉;許云華;任冰;李巧樂;秦海超;史忙忙;魏一奇
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 常娥

一種在氣凝膠材料中負載易升華物質的方法，將單質易升華物質放入活塞密封氣缸底部，上部疊放氣凝膠材料，裝入活塞；排出氣缸內及氣凝膠材料中的空氣，然后通過氣缸出口通入惰性氣體；密封氣缸出口，快速推壓活塞，氣缸內的惰性氣體由于驟然壓縮而升溫，致使易升化物質單質受熱升華，并在活塞壓力下進入氣凝膠材料的孔道之中；快速抽拉活塞至氣凝膠材料初始長度，惰性氣體因體積膨脹溫度下降，隨著溫度的下降，氣相易升化物質凝結形成納米級顆粒，并均勻分散在氣凝膠材料的孔道中；獲得高易升化物質負載量的氣凝膠材料。本發明方法負載量高、易升華物質分布均勻，該發明可用于含有易升化物質的工業廢氣處理，也可以用于制備均勻的復合材料。

技術領域

本發明屬于環保領域或復合材料領域，具體涉及一種在氣凝膠材料中負載易升華物質的方法。

背景技術

隨著人類工業化進程的推進，地球資源日益枯竭，人們在急于尋找新型能源的同時，加倍關注對已有能源的可循環利用。另外使用化石燃料導致的環境污染問題也被環保人士及科學家們飽受詬病。我國自上世紀八十年代以來，國民經濟快速發展的同時，資源枯竭與環境污染的問題也日益突顯。我國作為煤炭大國，煤炭資源占總資源儲量的一半以上，而煤炭資源在開采、加工、發電應用中常常伴隨著巨大的廢棄物，其產生的工業三廢(廢渣、廢水、廢棄)一直以來是我國工業綠色改革、可循環發展的關鍵問題。

氣凝膠材料，又稱為干凝膠。當凝膠脫去大部分溶劑，使凝膠中液體含量比固體含量少得多，或凝膠的空間網狀結構中充滿的介質是氣體，外表呈固體狀，這即為干凝膠，也稱為氣凝膠。氣凝膠是一種固體物質形態，世界上密度很小的固體之一。密度為3千克每立方米。一般常見的氣凝膠為硅氣凝膠，其最早由美國科學工作者Kistler在1931年因與其友打賭制得。氣凝膠的種類很多，有硅系，碳系，硫系，金屬氧化物系，金屬系等等。氣凝膠材料在分形結構研究領域、隔熱材料研究領域、隔音材料研究領域都具有重要的研究價值。

近年來，在儲能材料領域，碳氣凝膠作為新型導電的多孔材料是繼纖維狀活性碳以后發展起來的一種新型碳素材料，它具有很大的比表面積(600-1000m²/kg)和高電導率(10-25s/cm)。而且，密度變化范圍廣(0.05-1.0g/cm³)。如在其微孔洞內充入適當的電解液，可以制成新型可充電電池，它具有儲電容量大、內阻小、重量輕、充放電能力強、可多次重復使用等優異特性，初步實驗結果表明：碳氣凝膠的充電容量達3×10⁴/kg²，功率密度為7kw/kg，反復充放電性能良好，被廣泛應用于電化學、催化和環境保護等各個領域。

現有的氣凝膠負載單質易升化物質的方法主要有：

(1)吸附法：將氣凝膠材料進行壓塊封裝組成吸附袋或吸附模塊，利用其優異的表面吸附能力將通過的含易升化物質廢氣中的易升化物質元素進行吸附。該方法雖然工藝簡單，但未能充分利用氣凝膠高比表面積及孔容，易中毒，負載易升化物質效率低下。

(2)溶劑交換法：將易升化物質單質溶解于乙醇、乙醚、二硫化碳、四氯化碳、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、環己烷、甲苯和苯有機溶劑中，將上述溶劑浸漬氣凝膠材料，再將有機溶劑蒸發后，單質易升化物質重新析出負載在氣凝膠材料中。但該方法中有機溶劑難以進入微孔結構，導致負易升化物質不充分且不夠均勻，且有機溶劑多有毒性，蒸發后需要回流冷凝以回收利用，導致工藝復雜，成本難以下降。

(3)化學法：將易升化物質的反應原料溶解在溶劑中，再將氣凝膠材料分散在該溶劑中，在一定條件下激發反應，反應生成單質易升化物質顆粒負載在氣凝膠材料中。但該方法中有機溶劑難以進入微孔結構，導致易升化物質負載不充分且不夠均勻，且需經過控制條件以發生化學反應，反應精度難以控制，工藝復雜，成本高。