一種輕質(zhì)、柔性超疏水多孔氣體凝膠材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種輕質(zhì)、柔性超疏水多孔氣體凝膠材料，該材料由以下方法制得，第一步：將尿素、羧酸離子液體溶液和表面活性劑加入到反應(yīng)器中混合，第二步：攪拌下再加入硅氧烷，第三步：轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，于70～90℃烘箱聚合老化5～8h。第四步：先后用雙蒸水和乙醇洗滌，常溫常壓干燥，得到輕質(zhì)、柔性超疏水多孔氣體凝膠材料。材料具有小密度，大的孔系率，易彎曲，壓縮后可彈回，超疏水性，可在77K-573K的溫度范圍應(yīng)用，孔道穩(wěn)定能經(jīng)受溶液改性等優(yōu)良的特點(diǎn)。
【專利說明】一種輕質(zhì)、柔性超疏水多孔氣體凝膠材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的技術(shù)方案涉及多孔氣體凝膠的制備，具體說是一種輕質(zhì)、柔性超疏水多孔氣體凝膠材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體凝膠一種高分散多孔固體材料，其多孔固體結(jié)構(gòu)由膠體粒子或高聚物分子相互聚合構(gòu)成，孔隙中充滿了氣態(tài)分散介質(zhì)，孔隙率在80%?99.8%，孔徑通常在I?100納米之間。氣凝膠具有低熱導(dǎo)率、低密度、高孔隙率、大的比表面積、結(jié)構(gòu)可控可摻雜的優(yōu)點(diǎn)使其廣泛用作吸附劑，氣體儲藏，催化劑載體，過濾器，膜以及分離介質(zhì)。典型的二氧化硅氣體凝膠，通常通過溶膠-凝膠過程制得，具有高孔隙率(>90% )和小孔徑(?50納米)，多孔結(jié)構(gòu)由二氧化硅納米粒子的聚集體(?IOnm)構(gòu)成。然而，二氧化硅氣體凝膠高度脆弱的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使其不能被制造及大尺寸的加工。為了提高氣體凝膠的性能，目前人們已經(jīng)做了很多努力。例如日本人發(fā)明的 PMSQ 凝膠(K.Kanamori, Y.Kodera, G.Hayase, K.Nakanishi, T.Hanada, J.ColloidInterfaceSc1.2011，357，336)，密度可達(dá)到 0.22gcnT3，具有靈活的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高了氣體凝膠的性能。然而，一些致命的缺點(diǎn)使其實(shí)際應(yīng)用受到限制。例如苛刻的干燥條件:超臨界干燥、冷凍干燥。常溫常壓干燥由于方法簡單而受到人們親睞，但是在常溫常壓干燥過程中，孔道不夠穩(wěn)定，造成密度會有所增大(A.S.Dorcheh, M.Abbasi, J.Mater.Process.Technol.2008, 199, 10.)。另外,用乙酸作為酸性介質(zhì),容易造成環(huán)境污染。如何在常溫常壓干燥條件下，采用一種既能維持孔道穩(wěn)定又綠色環(huán)保的溶劑，目前還是空白。
[0003]離子液體在近幾年受到人們的廣泛關(guān)注，是由于它們低的蒸汽壓，良好的導(dǎo)電性，具有在液-液萃取中充當(dāng)溶劑的潛能。此外，不同的陽離子和陰離子的組合會導(dǎo)致離子液體具有不同的性質(zhì)。羧酸離子液體不僅具有液態(tài)酸的高密度反應(yīng)活性位，同時又有固態(tài)酸的不揮發(fā)性，而且具有熔點(diǎn)很低、不易燃、較高的熱穩(wěn)定性、常溫呈液態(tài)、低毒等特點(diǎn)，離子液體本身具有的這一系列優(yōu)點(diǎn)使它作為一種對環(huán)境非常友好的催化劑和高效的綠色溶劑，在當(dāng)今化學(xué)方面早已經(jīng)成為化學(xué)前沿和研究的特點(diǎn)。近年來人們對它的研究和應(yīng)用越來越廣泛，而離子液體結(jié)構(gòu)的可設(shè)計性又使得其酸性可調(diào)，溫和的酸性，使它的應(yīng)用前景更為樂觀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:基于離子液體的優(yōu)良特點(diǎn)，用綠色溶劑羧酸離子液體代替了其他材料中用的乙酸溶液作為酸性媒介，采用簡單地四步操作，合成一種超疏水多孔氣體凝膠。此方法簡單、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保。此制備的材料具有小密度，大的孔系率，易彎曲，壓縮后可彈回，超疏水性，可在77K-573K的溫度范圍應(yīng)用，孔道穩(wěn)定能經(jīng)受溶液改性等優(yōu)良的特點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:[0006]一種輕質(zhì)、柔性超疏水多孔氣體凝膠材料，該材料由以下方法制得，包括以下步驟:
[0007]第一步:將尿素、羧酸離子液體溶液和表面活性劑加入到反應(yīng)器中混合，其中摩爾比為尿素:7jC:羧酸離子液體:表面活性劑=(37.9~45.5):353.5:(2.5X 10_3~50X 10_3):1 ;
[0008]第二步:攪拌下再加入硅氧烷，其中硅氧烷為三甲氧基硅烷和二甲氧基硅烷的混合物，二者的摩爾比為三甲氧基硅烷:二甲氧基硅烷(DMDMS)=3:2,攪拌直至硅氧烷水解完全；其中二甲氧基硅烷與第一步中表面活性劑的摩爾比為6.37:1 ；
[0009]第三步:轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，于70~90°C烘箱聚合老化5~8h ;
[0010]第四步:先后用雙蒸水和乙醇洗滌，常溫常壓干燥，得到輕質(zhì)、柔性超疏水多孔氣體凝膠材料。
[0011]所述的羧酸離子液體為咪唑羧酸離子液體、吡啶羧酸離子液體或鹽酸甜菜堿。
[0012]所述的咪唑羧酸離子液體(I )的結(jié)構(gòu)式如下:
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種輕質(zhì)、柔性超疏水多孔氣體凝膠材料，其特征為該材料由以下方法制得，包括以下步驟: 第一步:將尿素、羧酸離子液體溶液和表面活性劑加入到反應(yīng)器中混合，其中摩爾比為尿素:7jc:羧酸離子液體:表面活性劑=(37.9~45.5):353.5: (2.5X 10_3~50X 10_3):I ; 第二步:攪拌下再加入硅氧烷，其中硅氧烷為三甲氧基硅烷和二甲氧基硅烷的混合物，二者的摩爾比為三甲氧基硅烷:二甲氧基硅烷(DMDMS) =3:2，攪拌直至硅氧烷水解完全；其中二甲氧基硅烷與第一步中表面活性劑的摩爾比為6.37:1 ; 第三步:轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，于70~90°C烘箱聚合老化5~8h ; 第四步:先后用雙蒸水和乙醇洗滌，常溫常壓干燥，得到輕質(zhì)、柔性超疏水多孔氣體凝膠材料； 所述的羧酸離子液體為咪唑羧酸離子液體、吡啶羧酸離子液體或鹽酸甜菜堿。
2.如權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)、柔性超疏水多孔氣體凝膠材料，其特征為所述的咪唑羧酸離子液體(I )的結(jié)構(gòu)式如下:
3.如權(quán)利要求2所述的輕質(zhì)、柔性超疏水多孔氣體凝膠材料，其特征為R優(yōu)選為CH3、C4H7、C8H15、C12H23 或 C16H31。
4.如權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)、柔性超疏水多孔氣體凝膠材料，其特征為吡啶羧酸離子液體(II)的結(jié)構(gòu)式如下:
5.如權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)、柔性超疏水多孔氣體凝膠材料，其特征為所述的表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨(CTAB )。
6.如權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)、柔性超疏水多孔氣體凝膠材料，其特征為所述的三甲氧基硅烷為甲基三甲氧基硅烷(MTMS)、乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)和三疏丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)中的一種或兩種。
7.如權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)、柔性超疏水多孔氣體凝膠材料，其特征為所述的二甲氧基硅烷為甲基二甲氧基硅烷(DMDMS)。
【文檔編號】B01J13/00GK103920432SQ201410161771
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月21日
【發(fā)明者】李煥榮, 秦智喬, 王金 申請人:河北工業(yè)大學(xué)