[發明專利]一種藻酸鹽基復合光催化氣凝膠材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810457862.5
• 申請日: 2018-05-14
• 公開（公告）號: CN108816291B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 田勤奮;莊建東;范毜仔;戴舉國;魏文康;孫乾乾;曹圳;謝偉臻
• 申請（專利權）人: 福建農林大學
• 主分類號: B01J31/26
• 分類號: B01J31/26;B01J31/38;B01J35/10;B01J37/32
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

本發明公開了一種藻酸鹽基復合光催化氣凝膠材料及其制備方法，其是將納米光催化材料超聲均勻分散于水中，制得懸濁液；然后加入可溶性海藻酸鹽，經劇烈攪拌后所得混合溶液倒入模具中進行冷凍干燥；將凍干后的塊體材料放入固化劑溶液中固化后進一步經冷凍干燥，得到所述藻酸鹽基復合光催化氣凝膠材料。本發明所制備的藻酸鹽基復合光催化氣凝膠材料具有強度佳、密度低、比表面積大、耐水性強、易回收等特性，且其制備工藝簡單，在深度處理污染水體方面具有很大的潛在應用價值。

技術領域

本發明屬于高性能光催化材料領域，具體涉及一種具有光催化性能的藻酸鹽基復合氣凝膠材料及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著光催化技術的發展，借助太陽能實現的光催化技術在環境污染凈化和太陽能轉化為化學能領域方面表現出了巨大的應用潛力。然而，同其他納米材料一樣，粉體光催化納米材料在使用過程中面臨著防護、回收和再利用的困難，昂貴的納濾技術和耗時的分離過程將阻礙其工業化的進程；同時，采用粉體光催化納米材料會產生催化劑的損失，無法重復利用，從而使粉體光催化劑在未來環境凈化的實際應用過程中會受到很大的限制。

氣凝膠（Aerogel）作為一種獨特的多孔結構材料，因其具有高孔隙率（大于90%）、低密度（0.003-0.5 g/cm³）、高透光性以及較低的導熱系數（0.0013-0.021 W/m·k）等特點而備受關注，主要被應用于軍事、建筑、能源及環境保護等方面。從功能上而言，氣凝膠材料是納米光催化材料的優良載體。藻酸鹽基氣凝膠是以藻酸鹽為前驅體，經超臨界干燥或冷凍干燥后制得。藻酸鹽是從褐藻中提取出來的一種天然多糖，它是由β-D-甘露糖醛酸（M單元）和α-L-古洛糖醛酸（G單元）通過1-4糖苷鍵連接而成的無規嵌段共聚物，具有來源豐富、價廉、綠色無毒、易凝膠化、可再生、可降解以及生物相容性好等優異性能。

隨著科學技術的發展，多元材料復合化成為新材料的發展趨勢，通過兩種或者多種材料功能上的復合，性能上的相互彌補和優化，可制備出性能更加優異的復合材料。將納米光催化劑與天然多糖基氣凝膠材料進行復合，制備得到的材料具有高比表面積、高孔隙率、耐水性和耐紫外老化能力強、易塑型、易回收的特性，并具有良好吸附性能及高可見光催化性能，具有非常重大的意義和價值。

發明內容

針對現有納米光催化材料應用過程中存在的問題和缺陷，本發明提供了一種工藝簡單、生產成本低廉且具有較高吸附能力和光催化活性的藻酸鹽基復合光催化氣凝膠材料及其制備方法。

為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

一種藻酸鹽基復合光催化氣凝膠材料，其制備方法包括如下步驟：

a）將納米光催化材料超聲均勻分散于水中，制得懸濁液；

b）將可溶性海藻酸鹽加入到上述懸濁液中，劇烈攪拌使其完全溶解后繼續攪拌1~4小時，以確保溶液分散均勻；

c）將步驟b）所得混合溶液消泡后倒入模具中進行冷凍干燥，得到塊體材料；

d）將所得塊體材料放入固化劑溶液中進行固化，再經進一步冷凍干燥，得到所述藻酸鹽基復合光催化氣凝膠材料。

所述懸濁液中納米光催化材料的濃度為0.001~5g/L。所述納米光催化材料為Ti系、Zn系、Cd系、Ag系、Bi系等各類光催化納米材料中的任意一種或幾種。

所述混合溶液中可溶性海藻酸鹽的濃度為0.5~20g/L。所述可溶性海藻酸鹽包括海藻酸鈉、海藻酸鉀、藻酸丙二醇酯中的任意一種或幾種。

步驟c）采用超聲進行消泡處理，超聲時間為0~12h，超聲后需再真空抽氣0~12h，以排出混合液中溶解的氣體。

所述固化劑溶液的濃度為5~80g/L；所述固化劑為CaCl₂、BaCl₂等堿土金屬鹽中的任意一種或幾種。