[发明专利]氨基杂化SiO2气凝胶材料及其应用

说明书

技术领域

本发明属于新材料及其新应用的开发领域，涉及一种新型氨基杂化SiO₂气凝胶材料及应用，尤其应用于CO₂气体吸附。

背景技术

二氧化碳是一种导致全球变暖的主要温室气体。因此，高效的、可以大量捕获CO₂的吸收剂的研究越来越受到人们的关注。目前工业中用于CO₂气体吸附的材料主要是含氨基的液体吸收剂。液体吸收剂虽然吸收容量高，但存在脱附困难，能耗大，吸收循环效率低，二次污染严重等缺点。因而固体吸收剂成为当前研究的重点，目前研究重点主要是多孔固体材料，如活性炭、氨基改性介孔分子筛和金属有机骨架（MOF）材料。但目前存在的固体吸附剂存在循环吸收效率低，吸附和脱附温度高、常压下吸附容量低等缺陷。气凝胶是一种具备纳米多孔网络结构的轻质固体材料，具有低密度、高比表面积、高孔隙率等结构特点，因而在吸附方面有广阔的应用前景，其独特的结构特性使得其在气体吸附中具有高的吸附量，低的吸附和脱附能耗，高的循环稳定性等优势。

发明内容

本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种氨基杂化SiO₂气凝胶材料，本发明的另一目的还提供了上述氨基杂化SiO₂气凝胶在CO₂吸附中的应用。

本发明的技术方案为：

一种氨基杂化SiO₂气凝胶材料，由以下方法制备得到，其具体步骤如下：

（1）0～20℃下，将有机硅醇盐、硅烷偶联剂、无水乙醇和去离子水搅拌混合均匀后静置得到氨基杂化SiO₂湿凝胶，其中原料的摩尔比为有机硅醇盐：硅烷偶联剂=1：（1～5），（有机硅醇盐+硅烷偶联剂）：无水乙醇：去离子水的摩尔比为1：（1～4）：（2～4）；

（2）步骤（1）中得到的湿凝胶在20～50℃下老化6～24小时，老化期间用无水乙醇对湿凝胶进行溶剂置换3～6次得到醇凝胶；

（3）将步骤（2）中得到的醇凝胶进行CO₂超临界干燥得到氨基杂化SiO₂气凝胶,CO₂超临界干燥工艺为：干燥温度40～60℃，干燥压力8～12MPa，超临界时间2～6小时。

优选步骤（1）中所述的有机硅醇盐为甲基三乙氧基硅烷、正硅酸四乙酯或正硅酸四甲酯中的一种。

优选步骤（1）中所述的硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、4-氨基丁基三乙氧基硅烷或11-氨基十一烷基三乙氧基硅烷中的一种。

本发明还提供了上述氨基杂化SiO₂气凝胶材料在CO₂吸附中的应用。

有益效果：

（1）制备工艺简单可控。SiO₂气凝胶传统的制备工艺师采用多步溶胶-凝胶法，并采用酸碱作为催化剂，而本发明方法采用简捷的一步溶胶-凝胶法，实验过程中不采用任何酸和碱，大大地减少了实验中的操作步骤，增加了可控性，更易于工业化生产，也更环保。

（2）制备的氨基杂化SiO₂气凝胶具有低密度、高比表面积的特性。

（3）制备的氨基杂化SiO₂气凝胶在常压下吸附CO₂效果显著，对混合气体中的CO₂气体吸附选择性高，吸附和脱附过程温度低、速率快（可以大大降低操作能耗），循环稳定性高。

附图说明

图1是实例1制得的氨基杂化SiO₂气凝胶材料的样品照片。

图2是实例1制得的氨基杂化SiO₂气凝胶材料的SEM图。

图3是实例1制得的氨基杂化SiO₂气凝胶材料的氮气吸脱附等温线和孔径分布曲线，其中●为吸附曲线，○为脱附曲线，■为孔径分布曲线。

具体实施方式

实例1