負載氣凝膠的竹炭複合材料及其製備方法
2023-04-26 20:15:21 2
專利名稱：負載氣凝膠的竹炭複合材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種負載氣凝膠的竹炭複合材料及其製備方法。
背景技術：
竹炭作為一個新興的產業，在國內的應用日益擴展，已逐漸滲透到人們生活的各個領域。竹炭所具有的吸附、負離子效應、輻射遠紅外和電磁屏蔽等功能大大增強了其應用領域。製造吸附劑是竹炭最為廣泛的應用之一，其次是作保健產品的原料。隨著國家、人民在環保方面意識的增強，綠色建材的研究得到了迅速的發展，而將竹炭應用於建材也受到了越來越多人的關注，如公開號為CN200510049855. 4、CN200910153652. 8、 CN200910153653. 2、先後分別研究了以竹炭為原料合成瓷磚、保健陶瓷磚等功能性瓷磚。發明人也在公開號為CN200910100107. 2、CN200910100625. 4中報導了製備含炭陶粒和牆面裝飾材料。另外，二氧化矽氣凝膠因其所具有的低的導熱係數、高的比表面積而廣泛應用在隔熱保溫、吸附方面。在二氧化矽氣凝膠與其它物質製備複合材料的研究中，陳亮等人在 2009年7月《無機材料學報》《炭-二氧化矽複合氣凝膠的合成及結構分析》一文中，研究了二氧化矽氣凝膠與炭氣凝膠的複合；張志華於2006年的博士論文中研究了二氧化矽氣凝膠與無紡氈等纖維類結構材料進行複合，形成具有高效吸附性的複合材料的研究。而將竹炭與二氧化矽氣凝膠複合卻未有相關研究與報導。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種負載氣凝膠的竹炭複合材料及其製備方法， 採用本發明的製備方法所得的負載氣凝膠的竹炭複合材料具有保溫、吸附、釋放負離子、質輕等特性。為了解決上述技術問題，本發明提供一種負載氣凝膠的竹炭複合材料的製備方法，依次包括以下步驟1)、將75 95重量份的硅藻土粉末與200 320重量份的濃度為3 4mol/L的鹼液混合攪拌，於80 120°C下靜置4 7h後，抽取液相；2)、先將25 35重量份的竹炭粉末加入步驟1)所得的液相攪拌均勻後，再滴加濃度為1 4mol/L的HCl溶液或溶液至pH為4 7，得混合液；3)、將混合液超聲分散；4)、將超聲分散後的混合液於45 90°C下靜置2 5d，得凝膠；5)、將凝膠浸置於水中3 4h後，於80 100°C下烘乾，得到負載有氣凝膠顆粒的竹炭複合材料。作為本發明的負載氣凝膠的竹炭複合材料的製備方法的改進步驟幻的超聲分散條件為於55 65KHz的頻率下超聲分散5 10次，每次10 15min，每次超聲分散時
3間間隔不小於3min。作為本發明的負載氣凝膠的竹炭複合材料的製備方法的進一步改進硅藻土粉末、竹炭粉末的粒徑均為0. 1 0. 5 μ m。作為本發明的負載氣凝膠的竹炭複合材料的製備方法的進一步改進鹼液為 NaOH溶液或者KOH溶液。本發明還同時提供了利用上述方法製備而得的負載氣凝膠的竹炭複合材料。在本發明的步驟5)中，水的用量為只需保證凝膠能被浸沒於水中即可。本發明的製備方法，在步驟幻的超聲分散條件中每次超聲分散時間間隔一般為 3 5分鐘。頻率最佳為60KHz。本發明採用硅藻土與鹼液反應製備濾液(即液相)，濾液與竹炭複合，通過凝膠化過程，從而製備負載有氣凝膠顆粒的竹炭複合材料。本發明是發明人在長期研究竹炭、二氧化矽氣凝膠材料的基礎上，經過反覆探索工藝過程而獲得的。其優點在於採用原位負載、間歇式超聲波分散技術，使得竹炭與氣凝膠的復配緊密，均勻分散。材料結合了二氧化矽氣凝膠保溫隔熱與竹炭吸附作用，製得的材料具有保溫、隔熱、吸附、負離子效應、質輕等優點。採用本發明所生產的竹炭複合材料，其比表面積1400 1600m2/g，負離子濃度 1200 1800個/cm3，密度0. 072 0. 135g/cm3，導熱係數0. 03 0. 08ff/mk,製品集保溫隔熱、吸附、負離子效應等功能於一體。在本發明中，竹炭、二氧化矽氣凝膠的復配極大地結合二氧化矽氣凝膠保溫隔熱與竹炭吸附、負離子效應，所得材料具有保溫、吸附、釋放負離子、質輕的特點。在室內，空氣負離子不僅具有降塵、抑菌、除菌、除臭等淨化空氣的功能，而且還具有消除疲勞、恢復體力的作用。此外，還能調節中樞神經系統，使其興奮和抑制過程正常化。本發明可應用於室內建築裝修，不僅能起到隔熱保溫、汙染控制的效果，還具有釋放負離子作用，是一種新型的功能材料。本發明也開闢出一條竹炭利用的新途徑，拓寬了竹炭的應用領域。綜上所述，本發明所得的負載氣凝膠的竹炭複合材料可應用於空氣淨化、室內裝修等領域。
具體實施例方式以下實施例中份數均為重量份；硅藻土粉末、竹炭粉末的粒徑均為0. 1 0. 5 μ m0實施例1、一種負載氣凝膠的竹炭複合材料的製備方法，依次進行以下步驟1)、將75份的硅藻土粉末與320份的濃度為3mol/L的NaOH鹼液混合攪拌，於 120°C下靜置7h後，抽取液相；2)、先將25份的竹炭粉末加入步驟1)所得的液相攪拌均勻後，再滴加濃度為 3mol/L的HCl溶液至pH為7，得混合液；3)、將混合液於60KHz的頻率下下超聲分散10次，每次lOmin，每次超聲分散的時間間隔為3 5min ；4)、將超聲分散後的混合液於45°C下靜置2d，得凝膠；
5)、將凝膠浸置於水中4h後，於90°C下烘乾至恆重，得到負載氣凝膠的竹炭複合材料。該材料其比表面積1425m2/g，負離子濃度1287個/cm3，密度0. 077g/cm3，導熱係數 0. 03ff/mko實施例2、一種負載氣凝膠的竹炭複合材料的製備方法，依次進行以下步驟1)、將75份的硅藻土粉末與220份的濃度為3mol/L的NaOH鹼液混合攪拌，於80°C 下靜置4h後，抽取液相；2)、先將30份的竹炭粉末加入步驟1)所得的液相攪拌均勻後，再滴加濃度為 lmol/L的H2SO4溶液至pH為5，得混合液；3)、將混合液於60KHz下超聲分散10次，每次15min，每次超聲分散的時間間隔為 3 5min ；4)、將超聲分散後的混合液於50°C下靜置3d，得凝膠；5)、將凝膠浸置於水中池後，於80°C下烘乾至恆重，得到負載氣凝膠的竹炭複合材料。該材料其比表面積1570m2/g，負離子濃度1333個/cm3，密度0. 082g/cm3，導熱係數 0. 06ff/mko實施例3、一種負載氣凝膠的竹炭複合材料的製備方法，依次進行以下步驟
1)、將95份的硅藻土粉末與280份的濃度為3mol/L的KOH鹼液混合攪拌，於100°C 下靜置釙後，抽取液相；2)、先將30份的竹炭粉末加入步驟1)所得的液相攪拌均勻後，再滴加濃度為 2mol/L的H2SO4溶液至pH為6，得混合液；3)、將混合液於60KHz下超聲分散5次，每次15min，每次超聲分散的時間間隔為 3 5min ；4)、將超聲分散後的混合液於60°C下靜置5d，得凝膠；5)、將凝膠浸置於水中4h後，於100°C下烘乾至恆重，得到負載氣凝膠的竹炭複合材料。該材料其比表面積1460m2/g，負離子濃度1540個/cm3，密度0. 093g/cm3，導熱係數 0. 07ff/mko實施例4、一種負載氣凝膠的竹炭複合材料的製備方法，依次進行以下步驟1)、將95份的硅藻土粉末與320份的濃度為4mol/L的KOH鹼液混合攪拌，於120°C 下靜置訃後，抽取液相；2)、先將35份的竹炭粉末加入步驟1)所得的液相攪拌均勻後，再滴加濃度為 4mol/L的HCl溶液至pH為7，得混合液；3)、將混合液於60KHz下超聲分散10次，每次15min，每次超聲分散的時間間隔為 3 5min ；4)、將超聲分散後的混合液於70°C下靜置2d，得凝膠；5)、將凝膠浸置於水中4h後，於85°C下烘乾至恆重，得到負載氣凝膠的竹炭複合材料。該材料其比表面積1567m2/g，負離子濃度1389g/cm3，密度0. 130g/cm3,導熱係數0. 08ff/mko對比例1、將實施例1中的竹炭粉末改成粒徑相同的木炭粉末，其餘完全同實施例 1，所得的負載氣凝膠的木炭複合材料的主要性能如下比表面積1050m2/g，負離子濃度640個/cm3，導熱係數0. 04W/mk。對比例2、將實施例1中的竹炭粉末的粒徑由0. 1 0. 5 μ m改成5 10 μ m，其餘完全同實施例1，所得的負載氣凝膠的竹炭複合材料的主要性能如下該材料其比表面積1210m2/g，負離子濃度1005個/cm3，導熱係數0. 038W/mk。對比例3、將實施例1中的硅藻土粉末的粒徑由0. 1 0. 5 μ m改成5 10 μ m，其餘完全同實施例1，所得的負載氣凝膠的竹炭複合材料的主要性能如下該材料其比表面積1150m2/g，負離子濃度1100個/cm3，導熱係數0. 037W/mk。最後，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的若干個具體實施例。顯然，本發明不限於以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護範圍。
權利要求
1.負載氣凝膠的竹炭複合材料的製備方法，其特徵在於依次包括以下步驟1)、將75 95重量份的硅藻土粉末與200 320重量份的濃度為3 4mol/L的鹼液混合攪拌，於80 120°C下靜置4 訃後，抽取液相；2)、先將25 35重量份的竹炭粉末加入步驟1)所得的液相攪拌均勻後，再滴加濃度為1 4mol/L的HCl溶液或溶液至pH為4 7，得混合液；3)、將混合液超聲分散；4)、將超聲分散後的混合液於45 90°C下靜置2 5d，得凝膠；5)、將凝膠浸置於水中3 4h後，於80 100°C下烘乾，得到負載有氣凝膠顆粒的竹炭複合材料。
2.根據權利要求1所述的負載氣凝膠的竹炭複合材料的製備方法，其特徵在於步驟 3)的超聲分散條件為於55 65KHz的頻率下超聲分散5 10次，每次10 15min，每次超聲分散時間間隔不小於:3min。
3.根據權利要求2所述的負載氣凝膠的竹炭複合材料的製備方法，其特徵在於所述硅藻土粉末、竹炭粉末的粒徑均為0. 1 0. 5 μ m。
4.根據權利要求3所述的負載氣凝膠的竹炭複合材料的製備方法，其特徵在於所述鹼液為NaOH溶液或者KOH溶液。
5.利用權利要求1 4中任意一種方法製備而得的負載氣凝膠的竹炭複合材料。
全文摘要
本發明公開了一種負載氣凝膠的竹炭複合材料的製備方法，依次包括以下步驟1)、將75～95重量份的硅藻土粉末與200～320重量份的濃度為3～4mol/L的鹼液混合攪拌，於80～120℃下靜置4～7h後，抽取液相；2)、先將25～35重量份的竹炭粉末加入液相攪拌均勻後，再滴加濃度為1～4mol/L的HCl溶液或H2SO4溶液至pH為4～7；3)、將混合液超聲分散；4)、將超聲分散後的混合液於45～90℃下靜置2～5d，得凝膠；5)、將凝膠浸先置於水中，再烘乾。採用本發明的製備方法所得的負載氣凝膠的竹炭複合材料具有保溫、吸附、釋放負離子、質輕等特性。
文檔編號B01J20/30GK102407095SQ20111027414
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月15日 優先權日2011年9月15日
發明者孫賽, 李文彥, 楊輝, 樊先平, 郭興忠 申請人:浙江大學