[发明专利]一种胺基化聚硅氧烷基气凝胶复合膜及其制备方法和气体吸附应用

说明书

本发明涉及一种胺基化聚硅氧烷基气凝胶复合膜及其制备方法和气体吸附应用，所述气凝胶复合膜是以无纺布为载体及支撑体，胺基化聚硅氧烷基气凝胶包裹于无纺布纤维表面。该复合膜具有孔隙率高、比表面积大和胺基含量高的特点，可实现对甲醛分子的选择性化学吸附，具有低浓度吸附效果好、吸附结合能强、无脱附二次污染风险、风阻小等优点。该复合膜材料在制备过程中所用的溶剂仅为去离子水和醇，也不涉及繁杂的溶剂置换，避免了大量有机溶剂的使用。老化和干燥过程分别在室温和烘箱条件下进行，整个制备流程不仅用时短，而且更加绿色环保、安全无毒，可连续化生产。本发明制备的胺基化聚硅氧烷基气凝胶复合膜还可实现对空气中二氧化碳、二氧化硫和硫化氢的快速、高效去除，有望在家用空气净化器和汽车空调滤清器中实现应用。

技术领域

本发明涉及空气净化技术领域，具体地涉及一种胺基化聚硅氧烷基气凝胶复合膜及其制备方法，和作为高效气体吸附材料应用。

背景技术

空气中的气态污染物种类繁多、危害性大。例如，甲醛是典型的室内空气污染物。室内装饰的人造板材、木质家具、墙纸、化纤地毯、泡沫塑料、涂料和油漆中都含有甲醛。虽然，近年来人们的环境意识和健康意识在不断提高、政府法规也在持续加强，相关行业大幅降低了这些产品中的甲醛含量。然而，由于残留的甲醛在密闭居室空间中很难被去除或稀释，仍在一定程度上威胁着人们的身体健康。调查表明即使在低浓度情况下，甲醛也会引起人体不适反应，如咽喉和鼻部疼痛、头痛、恶心、咳嗽、呼吸问题、皮肤刺激、湿疹、哮喘和呕吐等。世界卫生组织确定30分钟内对甲醛的接触限值为0.08 ppm，而长时间接触甲醛，则会使人的嗅觉、肺功能、肝功能和免疫功能产生异常，神经系统也会受到影响，甚至可能导致癌变。因此，从室内和汽车等密闭空间中有效地去除甲醛等气体污染物显得尤为重要和迫切。

为了降低密闭空间内气态污染物暴露的风险，人们已经制定了多种净化空气的策略，包括热催化氧化分解、光催化降解、植物修复、吸附法和等离子体氧化等。以甲醛为例，其中光催化降解和吸附法是常用的甲醛去除方法。在光催化降解方法中，如果对甲醛进行充分的光催化降解，最终的产物将会是无毒的水和二氧化碳，但此方法存在环境条件依赖性、甲醛去除效率较低等问题。如申请号为CN201710253612.5的专利公开了一种基于改性二氧化钛的光降解甲醛膜，该光降解甲醛膜在配置硬化涂层的同时制备改性二氧化钛，这使得改性二氧化钛能更好地分散于家具膜、汽车膜等产品的硬涂层中，在一定程度上简化了工艺、节约了成本，但是该甲醛膜依赖于对可见光或紫外光的吸收，并且在日光灯辐照24小时后，其甲醛降解率才能达到92.7%。

相较于光催化降解，吸附法因其灵活、高效、能耗低，被更广泛地应用于实际生活中的甲醛治理上。目前，一些吸附材料如活性炭、分子筛、金属氧化物以及固态胺等已被报道是气态甲醛的有效吸附剂。然而，类似于活性炭类的多孔吸附材料对甲醛的吸附不仅缺乏特异性，而且稳定性差，极易造成吸附后自动解吸并重新释放甲醛。而固态胺吸附材料因为含有胺基，易与甲醛形成甲亚胺和席夫碱化学结构，将其应用于室内空气的净化，既可以特异性吸附甲醛污染物，又能在一定程度上保证吸附的稳定性。二氧化硅气凝胶是是一种轻质纳米多孔非晶固体材料，具有高孔隙率（88-99.8%）、高比表面积（800-1500 m²/g）的特性，近年来，是一种优异的气体吸附材料或载体。如申请号为CN201811177074.7的专利公开了一种可吸附甲醛的复合二氧化硅气凝胶的制备方法，采用溶胶-凝胶法在室温的条件下，以壳聚糖为原料与二氧化硅进行纳米级的复合，并进一步利用乙二胺功能化修饰和酸化处理，得到胺基改性的壳聚糖-二氧化硅气凝胶成品。由于得到的改性气凝胶具备较高的胺基含量，对甲醛吸附的特异性也大幅度提高，且稳定性好，未出现自动解吸重新释放甲醛的现象。但是该气凝胶制备过程繁琐且周期长，甲醛净化速率也有待进一步提高。

发明内容