[发明专利]一种用于气体吸收的SiO2/TiO2气凝胶的制备方法及其产品和应用

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿安全、温室效应和环境保护领域，尤其涉及一种用于气体吸收的SiO₂/TiO₂气凝胶的制备方法及其产品和应用。

背景技术

随着科技的进步和普及，世界人口已达到当今的七十多亿，这一切也伴随着巨大的能源消耗。CH₄、CO₂是重要温室气体，因其排入大气而引起的气候异常以及对臭氧层的破坏，已经成为全世界共同面临的重大问题。截至2011年，中国CO₂排放量已达75亿吨，占世界当年总排放量的25%，是当今世界第一大排放国。煤矿乏风是最大的甲烷工业排放源，有三种主要气体：CH₄、N₂和O₂，其中CH₄在空气中的爆炸极限是5～15%。由于煤矿乏风存在流量大、瓦斯浓度低、甲烷富集困难和安全隐患等问题，使得收集和利用煤矿乏风瓦斯，减少温室气体排放，成为我国面临的紧迫任务。

各种类型的多孔材料因其特定的骨架结构、大比表面积和良好的热稳定性而成为吸附各种气体的首选对象。在二十世纪90年代以前，科学家一般首选活性炭或分子筛等多孔材料作为气体的吸附剂，它们的骨架均由无机化合物构成。实践证明，大比表面积的活性炭或分子筛即使微孔、介孔甚至大孔所占的百分比再高，也不能有效地吸附气体分子。因为气体分子的动力半径只有几个孔径大小不适宜的单一表面并不能捕获它。这一特点也成为吸附气体分子的障碍。文献表明，多孔材料对气体吸附性能的好坏，不仅与材料的骨架结构和比表面积有关，孔道极性、孔径大小和孔容也是影响气体吸附的重要原因。特别是对CO₂、CH₄、N₂这类非极性气体分子而言，具有与两者气体分子的动力半径相匹配的孔容和孔径的有序可调多孔气凝胶才是理想的吸附剂。

与传统无机多孔材料相比，有序多孔SiO₂/TiO₂气凝胶无论在比表面积、孔道可调变性还是结构多样性上都具有无与伦比的优势。更重要的是，有序多孔SiO₂/TiO₂气凝胶的特点为构筑新型多孔材料提供了思路。

公开号为CN103406114A的中国专利文献公开了一种用于高放废水处理的吸附剂的制备方法和应用，（1）采用分相法制备SiO₂醇溶胶，采用溶胶-凝胶法制备TiO₂醇溶胶；（2）将所述SiO₂醇溶胶和TiO₂醇溶胶分别陈化20～28h，然后将SiO₂醇溶胶按比例滴入TiO₂醇溶胶中，混合均匀后加入甲酰胺反应得到SiO₂/TiO₂醇凝胶，对所述醇溶胶进行后处理后常压干燥得到复合改性SiO₂/TiO₂气凝胶；（3）将所述复合改性SiO₂/TiO₂气凝胶投加到高放废水中，进行吸附。

有序多孔SiO₂/TiO₂气凝胶是一种新型吸附材料，该专利仅研究了其在高放废水中的应用，其吸附性能还需进行深入研究，而目前，对于将有序多孔SiO₂/TiO₂气凝胶用于气体吸附分离的研究及实际应用较少。

发明内容

本发明提供了一种用于气体吸收的SiO₂/TiO₂气凝胶的制备方法及其产品和应用。通过改变硅钛比和控制化学添加剂甲酰胺的用量，制备得到有序介孔的SiO₂/TiO₂气凝胶；所述的SiO₂/TiO₂气凝胶具有大比表面积和孔容、均一可调的介孔孔径和稳定的骨架结构，其连续的双孔道结构使得待吸附气体能够顺利进入SiO₂/TiO₂气凝胶的内表面，保证较高的吸附速率，同时孔状结构清晰，机械性能高，热力学、化学稳定性高；将所述的SiO₂/TiO₂气凝胶用于温室气体吸附具有高选择性、高吸附容量、低解吸能耗。

本发明公开了一种用于气体吸收的SiO₂/TiO₂气凝胶的制备方法，包括如下步骤：