[发明专利]一种有序介孔硅-玻璃纤维纸复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种有序介孔硅‑玻璃纤维纸复合材料及其制备方法和应用，具体步骤为以硅酸钠为硅源，合成高度有序、高比表面的有序介孔二氧化硅材料；接下来以纳米硅溶胶为粘结剂，将介孔二氧化硅材料与硅溶胶充分混合；加入氨水调节pH值，使胶粒间缓慢聚合而形成稳定的介孔硅凝胶；将预处理过的玻璃纤维纸完全浸渍于在介孔硅凝胶中，使二者充分粘结并烘干固化。介孔二氧化硅材料比表面积高、孔体积大，且有序度好、稳定性高。同时，纳米硅溶胶具有比表面积大结合力强等优点，作为气固催化剂的载体具有良好优势。该制备方法制得的复合材料有序度高、稳定性好、吸附容量大、催化效率高，能够大大提高挥发性有机物(VOCs)的去除率。

技术领域

本发明属于环境保护领域，具体一种有序介孔硅-玻璃纤维纸复合材料及其制备方法及其在去除不同挥发性有机物中的应用。

背景技术

催化燃烧技术作为去除气态污染物的一种有效方法被广泛应用。其中，催化剂一般由载体、高比表面积的多孔涂层以及活性组分构成，这三者共同决定着处理的效率和能耗。目前，颗粒催化剂传质传热效果差，易局部高温造成活性组分烧结，能耗高且处理效率低，故一般用于工业低空速VOCs的降解；处理工业高空速VOCs时往往使用蜂窝催化剂，但比表面积小、对涂层要求较高等缺陷，在一定程度上限制了其应用。由于工业上处理的VOCs大多为低浓度、高空速，因此亟待开发出一种具有比表面积大和高吸附容量特性的吸附材料。

发明内容

本发明针对上述缺陷，提供一种介孔硅-玻璃纤维纸复合材料的制备方法，用于吸附分离乙醇、甲醛等气态污染物。该复合材料具有比表面积大、稳定性好、吸附能力强、催化效率高等显著优势，大大提高了对气态污染物的去除效率。

本发明提供如下技术方案：一种有序介孔硅-玻璃纤维纸复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)采用硅溶解法制备纳米硅溶胶，将50g硅粉浸泡于热水中10min进行活化，呈稀膏状时分次加入盛有0.5mol/L的NaOH溶液的三口烧瓶中，搅拌并加热至90℃，持续反应8h，得到纳米硅溶胶；

(2)将5g的硅酸钠溶于15g的去离子水中，得到硅酸钠水溶液；将2g的聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物溶于70mL质量分数为15％的盐酸水溶液中，得到聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物盐酸水溶液；将所述硅酸钠水溶液与所述聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物盐酸水溶液混合；

(3)将所述步骤(2)得到的混合液倒入水热反应釜中进行水热反应，然后过滤、洗涤、干燥，最后在马弗炉中550℃下煅烧8h，得到介孔二氧化硅材料；

(4)将所述步骤(1)制得的纳米硅溶胶和所述步骤(3)制得的介孔二氧化硅在常温下、以500转/分的搅拌速率混合；

(5)在所述步骤(4)得到的均匀的混合液中加入质量分数为14％的氨水溶液，调节pH至合适范围，通过胶粒间的缓慢聚合使溶剂失去流动性，形成稳定的介孔硅凝胶；

(6)以玻璃纤维纸为载体，将所述步骤(5)得到的介孔硅凝胶倒入铺有玻璃纤维纸的模具中，待玻璃纤维纸被完全浸透后倒出多余凝胶，烘箱中静置干燥；

(7)将所述步骤(6)得到的材料，继续重复浸透、烘干至凝胶被完全负载，得到高比表面积、有序稳定的介孔硅-玻璃纤维纸复合材料。

进一步地，所述步骤(1)中的纳米硅溶胶中，纳米二氧化硅的质量分数为30％～40％，平均粒径25nm～35nm。

进一步地，所述步骤(3)中水热反应的条件为：35℃下反应24h，100℃下反应24h。

进一步地，所述步骤(4)中硅溶胶与介孔硅材料的质量比为30:1～100:1。

进一步地，所述步骤(5)中加入氨水调节pH值在6～7之间。