[发明专利]一种水热法制备硅钛气凝胶复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料制备与污染物处理领域，尤其关注于采用低温水热法制备具有光催化性能的硅钛复合气凝胶。

背景技术

在过去的“十一五”和“十二五”期间，保护环境被确立为基本国策之一，主要污染物减排被列为经济社会发展的约束性指标，在“十三五”期间，既要减少污染增量，又要消化解决现有污染状况。目前对于污染物的处理方法包括化学法、物理法、生物法及其联用方法等^[1]。但存在的缺点是处理过程复杂，会产生大量的副产物，使得后处理困难，难于结合建筑结构开发新型的建筑功能材料，因此开发新型污染物处理材料和相应的处理技术方法是非常必要的，高级氧化技术、光催化氧化技术等新型技术由于降解彻底、不产生二次污染而逐渐引起人们重视^[2]，1972年，A.Fujishima和K.Honda以二氧化钛为电极，在光照条件下对水进行了裂解^[3]，从此奠定了TiO₂作为光催化剂的基础。A Strini等^[4]研究了掺纳米TiO₂的水泥浆体对苯、甲苯、乙苯和邻二甲苯混合气体的光催化降解效果。复合光催化气凝胶应用在吸附环保中，比表面积大、孔隙率高，可作为吸附剂处理废水，净化空气和处理核废弃物中，具有很好的应用前景。高孔隙率和比表面积使得金属氧化物气凝胶具有优良的吸附能力，，如MgO-SiO₂、CaO-SiO₂气凝胶可通过物理和化学吸附，有效用于处理废气^[5]。类似的研究如Power等^[6]指出，可以将微生物固定到气凝胶中，易于检测周围环境中的化学物质和有机物，并可用于吸附除去废水中的有害物质。另外，气凝胶的疏水性和巨大的比表面积对于溶于或不溶于水的物质有很好的过滤效果，Hrubesh等^[7]对疏水性硅气凝胶在不同有机溶剂中的吸附性能进行了研究，发现材料的吸附能力超过活性碳30倍，另外，疏水性的硅气凝胶可用于除去水中的甲苯和氯苯。而TiO₂/SiO₂二元气凝胶作为光催化氧化剂，可以处理废水中的氰化物，使之生成CO₂以及N₂^[8]。

专利方面，国内相关专利有余盛锦等的中国专利(公开号CN101456569B)主要阐述了水热合成金属气凝胶材料没有涉及复合气凝胶和水热晶化；雷鸽娟等的中国专利(公开号CN104741137A)采用水热杂化TiO₂，之后通过煅烧晶化；李红伟等的中国专利(公开号CN104874385A)采用环境干燥制备SiO₂-TiO₂复合凝胶，通过煅烧晶化；于海斌等的中国专利(公开号CN103861574A)也是通过分段煅烧晶化复合凝胶；刘茜等的中国专利(公开号CN1803618)介绍了关于氧化铝的水热合成；刘子玉等的中国专利(公开号CN1990381)和赵东元等的中国专利(公开号CN1341553)主要介绍水热合成SiO₂分子筛，倪星云等的中国专利(公开号CN1865136)主要介绍了热处理SiO₂气凝胶材料^[9-16]。而国外专利主要有J.Kong美国专利(公开号US9208919B2)介绍了含金属化合物的气凝胶复合材料的制备方法，没有涉及到水热晶化；D.Egyete美国专利(公开号US2014323589A1)主要阐述了通过控制胶体的粘度制备复合SiO₂气凝胶的方法；L.J.Kyun美国专利(公开号US20070259979A1)主要涉及采用无机材料复合有机气凝胶的制备方法^[17-19]。上述专利除内容涉及的领域和配方有所不同，但没有涉及到水热晶化制备复合气凝胶材料。应用方面，气凝胶因其高孔隙率、高比表面积、超绝热性等特点，多应用于保温隔热，而复合钛主要为金红石相，用于红外遮光剂。这些专利报道并没有综合体现出硅钛复合气凝胶在环境治理领域的应用价值，所以目前尚无低温水热合成硅钛气凝胶光催化降解材料的文献和专利报道。

发明内容：