[发明专利]一种藻酸盐基复合光催化气凝胶材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种藻酸盐基复合光催化气凝胶材料及其制备方法，其是将纳米光催化材料超声均匀分散于水中，制得悬浊液；然后加入可溶性海藻酸盐，经剧烈搅拌后所得混合溶液倒入模具中进行冷冻干燥；将冻干后的块体材料放入固化剂溶液中固化后进一步经冷冻干燥，得到所述藻酸盐基复合光催化气凝胶材料。本发明所制备的藻酸盐基复合光催化气凝胶材料具有强度佳、密度低、比表面积大、耐水性强、易回收等特性，且其制备工艺简单，在深度处理污染水体方面具有很大的潜在应用价值。

技术领域

本发明属于高性能光催化材料领域，具体涉及一种具有光催化性能的藻酸盐基复合气凝胶材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着光催化技术的发展，借助太阳能实现的光催化技术在环境污染净化和太阳能转化为化学能领域方面表现出了巨大的应用潜力。然而，同其他纳米材料一样，粉体光催化纳米材料在使用过程中面临着防护、回收和再利用的困难，昂贵的纳滤技术和耗时的分离过程将阻碍其工业化的进程；同时，采用粉体光催化纳米材料会产生催化剂的损失，无法重复利用，从而使粉体光催化剂在未来环境净化的实际应用过程中会受到很大的限制。

气凝胶（Aerogel）作为一种独特的多孔结构材料，因其具有高孔隙率（大于90%）、低密度（0.003-0.5 g/cm³）、高透光性以及较低的导热系数（0.0013-0.021 W/m·k）等特点而备受关注，主要被应用于军事、建筑、能源及环境保护等方面。从功能上而言，气凝胶材料是纳米光催化材料的优良载体。藻酸盐基气凝胶是以藻酸盐为前驱体，经超临界干燥或冷冻干燥后制得。藻酸盐是从褐藻中提取出来的一种天然多糖，它是由β-D-甘露糖醛酸（M单元）和α-L-古洛糖醛酸（G单元）通过1-4糖苷键连接而成的无规嵌段共聚物，具有来源丰富、价廉、绿色无毒、易凝胶化、可再生、可降解以及生物相容性好等优异性能。

随着科学技术的发展，多元材料复合化成为新材料的发展趋势，通过两种或者多种材料功能上的复合，性能上的相互弥补和优化，可制备出性能更加优异的复合材料。将纳米光催化剂与天然多糖基气凝胶材料进行复合，制备得到的材料具有高比表面积、高孔隙率、耐水性和耐紫外老化能力强、易塑型、易回收的特性，并具有良好吸附性能及高可见光催化性能，具有非常重大的意义和价值。

发明内容

针对现有纳米光催化材料应用过程中存在的问题和缺陷，本发明提供了一种工艺简单、生产成本低廉且具有较高吸附能力和光催化活性的藻酸盐基复合光催化气凝胶材料及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种藻酸盐基复合光催化气凝胶材料，其制备方法包括如下步骤：

a）将纳米光催化材料超声均匀分散于水中，制得悬浊液；

b）将可溶性海藻酸盐加入到上述悬浊液中，剧烈搅拌使其完全溶解后继续搅拌1~4小时，以确保溶液分散均匀；

c）将步骤b）所得混合溶液消泡后倒入模具中进行冷冻干燥，得到块体材料；

d）将所得块体材料放入固化剂溶液中进行固化，再经进一步冷冻干燥，得到所述藻酸盐基复合光催化气凝胶材料。

所述悬浊液中纳米光催化材料的浓度为0.001~5g/L。所述纳米光催化材料为Ti系、Zn系、Cd系、Ag系、Bi系等各类光催化纳米材料中的任意一种或几种。

所述混合溶液中可溶性海藻酸盐的浓度为0.5~20g/L。所述可溶性海藻酸盐包括海藻酸钠、海藻酸钾、藻酸丙二醇酯中的任意一种或几种。

步骤c）采用超声进行消泡处理，超声时间为0~12h，超声后需再真空抽气0~12h，以排出混合液中溶解的气体。

所述固化剂溶液的浓度为5~80g/L；所述固化剂为CaCl₂、BaCl₂等碱土金属盐中的任意一种或几种。