CN105236929A - 具有杀菌功能的SiO2气凝胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有杀菌功能的SiO2气凝胶及其制备方法,该方法以正硅酸酯为原料制成各种聚合度的多聚硅氧烷作为硅源,通过将硅源、银纳米线醇溶剂、醇以及碱催化剂混合均匀,静置凝胶,然后将湿凝胶搅碎,之后用低表面张力的液态烷或氟代烷置换,并使用疏水剂改性,通过常压过滤或离心,最后干燥,从而获得各种具有杀菌功能的SiO2气凝胶粉体。本发明的方法可以实现具有杀菌功能的SiO2气凝胶的连续化生产,生产周期短,生产成本低,节能环保,并且所获复合气凝胶具有纳米多孔结构,并具有较为理想的密度、热导率、比表面积等,在满足隔热保温性能的同时,还具有导电、抗微生物、杀菌和空气净化功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种二氧化硅气凝胶的制备工艺,特别是一种利用常压干燥技术制备具有纳米多孔结构和杀菌功能的二氧化硅气凝胶的方法,属于纳米多孔材料技术领域。
背景技术
气凝胶是一种高度多孔性的纳米材料,是目前世界上质量最轻、隔热性能最好的固体材料。由于二氧化硅气凝胶具有高比表面积(400~1500m2/g)、高孔隙率(80~99.8%)、低密度(0.003~0.6g/cm3)和低热导率(0.013~0.038W/mk)等特点,使得二氧化硅气凝胶在耐高温隔热材料、超低密度材料、声阻抗耦合材料、气体吸附和过滤材料、催化剂载体材料、药物载体材料等领域具有非常广阔的应用前景。通常制备SiO2气凝胶的方法是超临界干燥,例如CN102583407A和CN102642842B公开了使用超临界干燥制备气凝胶的方法,其通过超临界流体置换掉湿凝胶中的溶剂,最终干燥后能够很好的保持凝胶原有的结构。但是,通常超临界干燥需要用到特殊的设备,在高压高温下操作,一方面使得设备昂贵,操作困难,成本高;另一方面存在重大的安全隐患。因此,虽然气凝胶具有以上提及的优异性能,但是由于制备成本高,从而限制了其在日常生活中的广泛应用。
为此,大量研究的重点着重于降低SiO2气凝胶的生产成本,例如CN101503195、CN102020285A和CN103043673A分别公开了使用常压干燥制备气凝胶的方法:通过多次和多种溶剂交换将凝胶孔道内的液体交换成为低表面张力的溶剂,如正己烷等,再将孔道的表面由亲水性改性为疏水性,大大减小了凝胶孔道内的毛细管力,从而在干燥的过程中凝胶的收缩很小,基本上可以保持原有形态。但是,由于常压干燥需要多次的凝胶孔道溶剂交换和表面疏水化处理,制备周期长,操作繁琐,很难实现产业化生产。
另一方面,对SiO2气凝胶的功能化改性的研究也局限于学术领域,如何实现工业化生产功能化SiO2气凝胶,例如导电性能、磁性、光致变色功能等,是一个有待决绝的问题。
发明内容
针对现有技术中的不足,本发明的主要目的在于提出一种具有工艺简单、生产周期短、成本低等特点,且只需简单设备即可施行的常压干燥制备具有杀菌功能的SiO2气凝胶,即银纳米线与SiO2复合气凝胶的方法,从而实现具有杀菌功能的SiO2气凝胶的工业化生产。
本发明的另一目的在于提供一种具有杀菌功能的SiO2气凝胶,其中由于银纳米线的存在,使得所述气凝胶具有潜在的导电功能以及消毒杀菌能力,在作为保温隔热材料的同时,还具有空气净化的功能。
为实现前述发明目的,本发明采用的技术方案如下:
一种具有杀菌功能的SiO2气凝胶的制备方法,包括如下步骤:
(1)将正硅酸酯部分水解,形成具有不同聚合度的多聚硅氧烷;
(2)将所述多聚硅氧烷、银纳米线醇溶液、醇、碱催化剂混合均匀,静置形成银纳米线/SiO2复合醇凝胶;
(3)将所述银纳米线/SiO2复合醇凝胶搅碎至粉末或颗粒状后,与液态烷或氟代烷混合搅拌,置换出所述醇凝胶中的醇,获得烷凝胶;
(4)将所述烷凝胶与疏水剂和液态烷的混合溶液混合搅拌,获得疏水烷凝胶;
(5)将所述疏水烷凝胶常压干燥,即可获得具有杀菌功能的SiO2气凝胶。
作为较为优选的实施方案之一,步骤(1)具体包括:将正硅酸酯、水及醇混合,并加入水解催化剂形成混合反应体系,在水解温度下反应2h以上,获得所述多聚硅氧烷。
进一步的,所述正硅酸酯与水的摩尔比优选为1:0.8~1:2.0。
进一步的,所述醇与正硅酸酯的体积比优选为1:5~10:1。
进一步的,所述正硅酸酯可选自正硅酸乙酯、正硅酸甲酯中的任一种或者两种的组合,且不限于此。
进一步的,所述水解催化剂可选自盐酸、硫酸、磷酸、硝酸、醋酸、草酸、柠檬酸中的任一种或者两种以上的组合,且不限于此。
进一步的,所述水解温度优选控制在室温至所述有机溶剂的回流温度。
进一步的,步骤(1)中所述混合反应体系内水解催化剂的浓度优选在10-1mol/L以内。
进一步的,步骤(2)中醇和多聚硅氧烷的体积比在25:1~0.01:1范围内。
进一步的,所述醇优选采用碳原子数少于8的小分子醇。
进一步的,所述碱催化剂可选自氢氧化钠、氢氧化钾、尿素、氨水、三乙胺的任一种或者两种以上的任意组合,且不限于此。
进一步的,步骤(2)中所述银纳米线的醇溶液中含有2~60wt%银纳米线,而所述银纳米线的醇溶液用量为多聚硅烷的1~50%(体积)。
进一步的,步骤(2)中所述碱催化剂的用量在所述醇或酮凝胶总体积的15%以内。
进一步的,所述银纳米线的长度在500纳米到10微米,直径在20到500纳米。
进一步的,所述银纳米线的醇溶液所用溶剂包括乙二醇。
作为较为优选的实施方案之一,步骤(3)具体包括:将液态烷或氟代烷与醇凝胶按50:1~1:100的体积比混合并搅拌,其中搅拌速度为100~8000rpm,搅拌温度为室温~烷沸点温度,搅拌时间为1h以上,置换出所述醇凝胶中的醇,获得烷凝胶。
进一步的,所述液态烷或氟代烷优选采用碳原子数≤8的液态烷或氟代烷。
作为较为优选的实施方案之一,步骤(4)具体包括:将体积比为50:1~1:100的疏水剂和液态烷的混合溶液与烷凝胶混合搅拌,搅拌速度为10~8000rpm,搅拌温度控制在室温到液态烷的沸点温度,搅拌时间控制在1h以上,获得所述疏水烷凝胶。
进一步的,所述疏水剂和液态烷的混合溶液中疏水剂的体积百分比含量优选为0.5%~50%。
进一步的,所述疏水剂可选自甲基三甲氧基硅烷、三甲基甲氧基硅烷、二甲基二氯硅烷、六甲基二硅氮烷、六甲基二硅氮胺烷的任一种或者两种以上的的任意组合,且不限于此。
进一步的,步骤(5)中常压干燥的方式包括鼓风干燥或旋转干燥,干燥温度优选为80℃~300℃。
利用前述的任一种方法所制备的具有杀菌功能的SiO2气凝胶。
优选的技术方案是:所述SiO2气凝胶具有纳米多孔结构,并且所述气凝胶的密度范围为0.085~0.250g/cm3,热导率在0.020~0.0450W/mK之间,比表面积在200~900m2/g之间,银纳米线质量含量在0.01%~10%之间。
进一步的,所述具有杀菌功能的SiO2气凝胶包含主要由SiO2形成的凝胶骨架及分散于所述凝胶骨架内的银纳米线,优选的,其中银纳米线的含量为0.01wt%~10wt%。
进一步的,所述具有杀菌功能的SiO2气凝胶具有纳米多孔结构(平均孔径6至15纳米),同时所述气凝胶的密度为0.085~0.250g/cm3,热导率为0.020~0.0450W/mK,比表面积为200~900m2/g。
相对于现有技术中的方案,本发明的优点包括:(1)银纳米线在溶胶状态加入,使得银纳米线与凝胶骨架混合均匀,提高稳定性的同时对气凝胶的比表面积、孔径、孔容等性能不造重要成影响;(2)银纳米线的引入,赋予SiO2气凝胶导电性能、消毒杀菌功能、以及空气净化功能等。
附图说明
图1A-图1C分别为本发明实施例1所获具有杀菌功能的SiO2气凝胶的氮气等温吸脱附曲线图,红外光谱图和SEM电镜图;
图2为本发明实施例2所获具有杀菌功能的SiO2气凝胶的氮气等温吸脱附曲线图;
图3为本发明实施例3所获具有杀菌功能的SiO2气凝胶的氮气等温吸脱附曲线图;
图4为本发明实施例4所获具有杀菌功能的SiO2气凝胶的氮气等温吸脱附曲线图;
图5为本发明实施例5所获具有杀菌功能的SiO2气凝胶的氮气等温吸脱附曲线图;
图6为本发明实施例6所获具有杀菌功能的SiO2气凝胶的氮气等温吸脱附曲线图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的缺陷,本案发明人经长期研究和大量实践,提出了本发明的技术方案,其主要是以正硅酸酯为原料制成各种聚合度的多聚硅氧烷(亦可简称为CS硅油)为硅源,通过将硅源、银纳米线醇溶液、醇以及碱催化剂混合均匀,静置凝胶,然后将湿凝胶搅碎成颗粒或粉末,之后用低表面张力的液态烷或氟代烷置换,并使用疏水剂改性,通过常压过滤或离心,最后干燥,得到杀菌功能化SiO2气凝胶粉体。
藉由本发明的技术方案,可以实现具有杀菌功能的SiO2气凝胶的常压连续化生产,生产周期短,能源消耗少,对环境影响小,并且所获杀菌功能化SiO2气凝胶的密度为0.085~0.250g/cm3,热导率在0.020~0.0450W/mK之间,比表面积在200~900m2/g之间。此外,所获气凝胶具有潜在的导电性能,以及消毒和空气净化等功能。
如下对本发明的技术方案作更为具体的解释说明。
本发明的一种具有杀菌功能的SiO2气凝胶的制备方法包括如下步骤:
(1)将正硅酸酯部分水解,形成具有不同聚合度的多聚硅氧烷;
(2)将所述多聚硅氧烷与银纳米线醇溶液、醇、碱催化剂混合均匀,静置形成醇凝胶;
(3)将所述醇凝胶搅碎至粉末或颗粒状后,与液态烷或氟代烷混合搅拌,置换出所述醇凝胶中的醇,从而获得烷凝胶;
(4)将所述烷凝胶与疏水剂和液态烷的混合溶液混合搅拌,获得疏水烷凝胶;
(5)将所述疏水烷凝胶常压干燥,获得具有杀菌功能的SiO2气凝胶。
进一步的,正硅酸酯与水的摩尔比优选为1:0.8~1:2.0。
进一步的,有机溶剂与正硅酸酯的体积比优选为1:5~10:1;
进一步的,所述正硅酸酯可选自但不限于正硅酸乙酯或正硅酸甲酯。
进一步的,所述水解催化剂包括无机酸或有机酸。
进一步的,所述水解温度优选为室温至所述醇的回流温度。
进一步的,步骤(1)中所述混合反应体系内水解催化剂的浓度优选在10-1mol/L以内。
在一较为优选的实施方案之中,步骤(2)可以包括:
将体积比在25:1~0.01:1的醇和多聚硅氧烷与碱催化剂混合均匀,静置形成醇凝胶。
进一步的,所述醇优选采用碳原子数少于8的小分子醇。
进一步的,步骤(2)中所述醇凝胶内银纳米线醇溶液的含量优选为1~50%(体积)。
进一步的,步骤(2)中所述碱催化剂的用量优选在所述醇凝胶总体积的15%以内。
在一较为优选的实施方案之中,步骤(3)可以包括:将液态烷或氟代烷与醇凝胶按50:1~1:100的体积比混合并搅拌,其中搅拌速度为100~8000rpm,搅拌温度为室温~烷沸点温度,搅拌时间为1h以上,置换出所述醇凝胶中的醇,从而获得烷凝胶。
进一步的,所述液态烷或氟代烷优选采用碳原子数≤8的液态烷或氟代烷。
在一较为优选的实施方案之中,步骤(4)可以包括:将体积比为50:1~1:100的疏水剂和液态烷的混合溶液与烷凝胶混合搅拌,搅拌速度为10~8000rpm,搅拌温度为室温~烷沸点温度,搅拌时间为1h以上,获得所述疏水烷凝胶。
进一步的,所述疏水剂和液态烷的混合溶液中疏水剂的体积百分比含量优选为0.5%~50%。
在一较为优选的实施方案之中,步骤(5)中常压干燥的方式包括鼓风干燥或旋转干燥,干燥温度为80℃~300℃。
其中,在一较为具体的实施方案之中,该具有杀菌功能的SiO2气凝胶的制备方法可以包括:
(1)将正硅酸酯、水解催化剂、醇混合搅拌均匀,回流一定时间(例如6-16h),形成各种聚合度的多聚硅氧烷(CS硅油),储存备用;
(2)将所述CS硅油、银纳米线、醇、碱催化剂混合均匀,静置形成凝胶,并于室温到所用溶剂的回流温度(例如60℃)老化一段时间(例如1h以上,优选为1~5h);
(3)将所获醇凝胶机械粉碎,并与液态烷混合搅拌,而后采用离心、过滤等方式将所获凝胶-烷浆料分离为烷凝胶和液态烷;
(4)将所获烷凝胶与液态烷和疏水剂室温或加热搅拌,随后将所获凝胶混合物采用离心、过滤等方式分离为疏水烷凝胶、烷和疏水反应物;
(5)将所获疏水烷凝胶干燥,获得杀菌功能化SiO2气凝胶。
在一较佳实施方案之中,步骤(1)中在所述正硅酸酯可选用但不限于正硅酸乙酯或正硅酸甲酯等,其与水的摩尔比列优选控制在1:0.8~1:2.0;所用溶剂可以为醇,用量优选控制在与正硅酸酯的体积比为1:5~10:1;水解催化剂可选用但不限于稀盐酸、硫酸、磷酸、硝酸等无机酸或醋酸、草酸、柠檬酸等有机酸,其在水解反应体系中的浓度优选控制在10-1mol/L以内;水解温度为室温到所用溶剂的回流温度;水解时间优选在2h以上,尤其优选在2-50h。
在一较佳实施方案之中,步骤(2)中,所述银纳米线醇溶液的用量优选控制在所述醇凝胶体积的1~50%;其中所用醇可选用但不限于甲醇、乙醇、丙醇、叔丁醇、正丁醇等碳原子数不大于8的小分子醇,且所用的醇与CS硅油体积比优选在25:1~0.01:1之间;其中所用碱催化剂可选用但不限于氢氧化钠、氢氧化钾、尿素、氨水、三乙胺等,用量优选在醇或酮凝胶总体积的15%以内。
在一较佳实施方案之中,步骤(3)包括:按50:1~1:100的体积比将液态烷或氟代烷与醇凝胶混合并搅拌,搅拌速度优选为100~8000rpm,搅拌温度优选为室温~烷沸点温度,搅拌时间优选为1~100h,其中所述液态烷或氟代烷的碳原子数应不能大于8。
在一较佳实施方案之中,步骤(4)包括:将体积比为50:1~1:100的液态烷-疏水剂混合液与烷凝胶混合搅拌,搅拌速度优选为10~800rpm,搅拌温度优选为室温~烷沸点温度,搅拌时间优选为1~100h。
进一步的,步骤(4)中所述疏水剂在所述液态烷-疏水剂混合液内的体积含量优选为1%~50%。
进一步的,所述疏水剂可选自但不限于甲基三甲氧基硅烷、三甲基甲氧基硅烷、二甲基二氯硅烷、或六甲基二硅氮(胺)烷等。
在一较佳实施方案之中,步骤(5)中所述的常压干燥方式包括鼓风干燥或旋转干燥方法,干燥温度优选为80~300℃。
利用本发明的方法可以常压干燥制备具有杀菌功能的SiO2气凝胶,工艺简单、周期短、成本低、设备简单,特别是,利用本发明的方法可以免除水置换以及现有常压干燥法所需的醇置换,大大缩短了制备周期,节约了资源,而且因不需要醇置换,还可避免醇的大量使用,进一步降低了成本,并减少对环境的影响。
另外,本发明所获产品还具有低热导率、高比表面积、低密度等优异性能,例如,本发明所获具有杀菌功能的SiO2气凝胶的密度为0.085~0.250g/cm3,热导率在0.020~0.0450W/mK之间,比表面积在200~900m2/g之间。同时,银纳米线的引入,在满足隔热保温性能的同时,还可能赋予气凝胶导电、消毒杀菌、空气净化等功能(银纳米线杀菌功能相关专利CN103039521A)。
以下结合若干实施例及附图对本发明的技术方案作进一步的解释说明。
实施例1
(1)CS硅油的制备:将1摩尔正硅酸乙酯、1.3摩尔稀酸溶液(10-1mol/L)、乙醇(150ml)混合,回流8小时后备用。
(2)银纳米线/SiO2复合凝胶的合成:取10份CS硅油,12份乙醇以及1份银纳米线醇溶液于搅拌釜,搅拌下滴入100微升氨水,搅拌速度在50rpm,搅拌5分钟后静置形成透明醇凝胶。
(3)凝胶颗粒溶剂置换及疏水化处理:将醇凝胶粉碎后加入正己烷100ml,搅拌4小时后过滤,再把凝胶颗粒置于100ml正己烷当中,并缓慢加入8ml六甲基二硅胺烷,搅拌2小时,过滤得到表面疏水化改性的烷凝胶颗粒。
(4)湿凝胶颗粒的干燥:表面疏水化改性的凝胶颗粒在鼓风干燥器中干燥,温度控制在150℃,30分钟后得到具有杀菌功能的SiO2气凝胶粉体,经TEM等表征,可以发现,该疏水气凝胶粉体具有纳米多孔结构,银纳米线均匀分散于凝胶骨架中。该具有杀菌功能的SiO2气凝胶粉体的等温吸脱附曲线请参阅图1A,其红外光谱图和电镜图分别参见图1B和图1C,其中图1C内白色圈标记处为银纳米线,其他参数见于表1。
实施例2
(1)CS硅油的制备:将1摩尔正硅酸甲酯、1.5摩尔稀酸溶液(浓度10-2mol/L)、乙醇(80ml)混合,回流16小时后备用。
(2)银纳米线/SiO2复合凝胶的合成:取10份CS硅油、20份乙醇、以及5份银纳米线醇溶液,搅拌下滴入150微升氨水,搅拌速度在800rpm,搅拌5分钟后,静置形成不透明醇凝胶。
(3)凝胶颗粒溶剂置换及疏水化处理:将醇凝胶粉碎后加入正己烷150ml,搅拌4小时后过滤,再把凝胶颗粒置于150ml正己烷当中,并缓慢加入10ml六甲基二硅胺烷,搅拌2小时,过滤得到表面疏水化改性的烷凝胶颗粒。
(4)湿凝胶颗粒的干燥:表面疏水化改性的凝胶颗粒在鼓风干燥器中干燥,温度控制在80℃,60分钟后得到具有纳米多孔结构具有杀菌功能的SiO2气凝胶粉体,该气凝胶粉体的等温吸脱附曲线请参阅图2,其他参数见于表1。
实施例3
(1)CS硅油的制备:将1摩尔正硅酸乙酯、0.8摩尔稀酸溶液(10-3mol/L)、乙醇(200ml)混合,回流10小时后备用。
(2)银纳米线/SiO2复合凝胶的合成:取10份CS硅油、8份乙醇、以及2份银纳米线,搅拌下滴入50微升氨水,搅拌速度2000rpm,搅拌5分钟后,静置形成不透明醇凝胶。
(3)凝胶颗粒溶剂置换及疏水化处理:将醇凝胶粉碎后加入正己烷80ml,搅拌4小时后过滤,再把凝胶颗粒置于80ml正己烷当中,并缓慢加入8ml六甲基二硅氧烷,搅拌2小时,过滤得到表面疏水化改性的烷凝胶颗粒。
(4)湿凝胶颗粒的干燥:表面疏水化改性的凝胶颗粒在鼓风干燥器中干燥,温度控制在150℃,30分钟后得到具有纳米多孔结构的具有杀菌功能的SiO2气凝胶粉体,该气凝胶的等温吸脱附曲线请参阅图3,其他参数见于表1。
实施例4
(1)CS硅油的制备:将1摩尔正硅酸乙酯、1.3摩尔稀酸溶液(10-3mol/L)、乙醇(50ml)混合,回流8小时后备用。
(2)银纳米线/SiO2复合凝胶的合成:取10份CS硅油、10份乙醇、以及0.5份银纳米线醇溶液,搅拌下滴入70微升氨水,搅拌速度4500rpm,搅拌5分钟后,静置形成透明醇凝胶。
(3)凝胶颗粒溶剂置换及疏水化处理:将醇凝胶粉碎后加入正己烷80ml,搅拌4小时后过滤,再把凝胶颗粒置于80ml正己烷当中,并缓慢加入5ml六甲基二硅氧烷,搅拌2小时,过滤得到表面疏水化改性的烷凝胶颗粒。
(4)湿凝胶颗粒的干燥:表面疏水化改性的凝胶颗粒在鼓风干燥器中干燥,温度控制在200℃,30分钟后得到具有纳米多孔结构的具有杀菌功能的SiO2气凝胶粉体,该气凝胶的等温吸脱附曲线请参阅图4,其他参数见于表1。
实施例5
(1)CS硅油的制备:将1摩尔正硅酸甲酯、1.6摩尔稀酸溶液(10-4mol/L)、乙醇(180ml)混合,回流15小时后备用。
(2)银纳米线/SiO2复合凝胶的合成:取10份CS硅油、15份乙醇、以及2.5份银纳米线醇溶液于搅拌釜,搅拌下滴入100微升氨水,搅拌速度在5000rpm,搅拌5分钟后,静置形成不透明醇凝胶。
(3)凝胶颗粒溶剂置换及疏水化处理:将醇凝胶粉碎后加入正己烷100ml,搅拌4小时后过滤,再把凝胶颗粒置于80ml正己烷当中,并缓慢加入12ml六甲基二硅胺烷,搅拌2小时,过滤得到表面疏水化改性的烷凝胶颗粒。
(4)湿凝胶颗粒的干燥:表面疏水化改性的凝胶颗粒在鼓风干燥器中干燥,温度控制在150℃,30分钟后得到具有纳米多孔结构的具有杀菌功能的SiO2气凝胶粉体,该气凝胶粉体的等温吸脱附曲线图请参阅图5,其他参数见于表1。
实施例6
(1)CS硅油的制备:将1摩尔正硅酸乙酯、1.8摩尔稀酸溶液(10-5mol/L)、乙醇(170ml)混合,回流10小时后备用。
(2)银纳米线/SiO2复合凝胶的合成:取10份CS硅油、15份乙醇、以及3份银纳米线醇溶液于搅拌釜,搅拌下滴入80微升氨水,搅拌速度6000rpm,搅拌5分钟后,静置形成不透明醇凝胶。
(3)凝胶颗粒溶剂置换及疏水化处理:将醇凝胶粉碎后加入正己烷100ml,搅拌4小时后过滤,再把凝胶颗粒置于100ml正己烷当中,并缓慢加入12ml六甲基二硅氮烷,搅拌3小时,过滤得到表面疏水化改性的烷凝胶颗粒。
(4)湿凝胶颗粒的干燥:表面疏水化改性的凝胶颗粒在鼓风干燥器中干燥,温度控制在150℃,45分钟后得到具有纳米多孔结构的具有杀菌功能的SiO2气凝胶粉体,该气凝胶粉体的等温吸脱附曲线请参阅图6,其他参数见于表1。
上述实例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
表1实施例1-6中所获杀菌功能化SiO2气凝胶的结构和性能参数
Claims (12)
1.一种具有杀菌功能的SiO2气凝胶的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)将正硅酸酯部分水解,形成具有不同聚合度的多聚硅氧烷;
(2)将所述多聚硅氧烷、银纳米线的醇溶液、醇及碱催化剂混合均匀,静置形成银纳米线/SiO2复合醇凝胶;
(3)将所述银纳米线/SiO2复合醇凝胶搅碎至粉末或颗粒状后,与液态烷或氟代烷混合搅拌,置换出所述醇凝胶中的醇,获得烷凝胶;
(4)将所述烷凝胶与疏水剂和液态烷的混合溶液混合搅拌,获得疏水烷凝胶;
(5)将所述疏水烷凝胶常压干燥,获得所述具有杀菌功能的SiO2气凝胶。
2.根据权利要求1所述具有杀菌功能的SiO2气凝胶的制备方法,其特征在于步骤(1)具体包括:将正硅酸酯、水及醇混合,并加入水解催化剂形成混合反应体系,在水解温度下反应2h以上,获得所述多聚硅氧烷;
其中,所述正硅酸酯与水的摩尔比为1:0.8~1:2.0,所述醇与正硅酸酯的体积比为1:5~10:1;
所述正硅酸酯至少选自正硅酸乙酯、正硅酸甲酯中的任一种或者两种的组合;
所述水解催化剂至少选自盐酸、硫酸、磷酸、硝酸、醋酸、草酸、柠檬酸中的任一种或者两种以上的组合;
所述水解温度范围为室温至所述有机溶剂的回流温度。
3.根据权利要求2所述具有杀菌功能的SiO2气凝胶的制备方法,其特征在于步骤(1)中所述混合反应体系内水解催化剂的浓度在10-1mol/L以内。
4.根据权利要求1所述具有杀菌功能的气凝胶的制备方法,其特征在于步骤(2)中醇和多聚硅氧烷的体积比在25:1~0.01:1范围内;
所述醇采用碳原子数少于8的小分子醇,所述碱催化剂至少选自氢氧化钠、氢氧化钾、尿素、氨水、三乙胺中的任一种或者两种以上的组合。
5.根据权利要求1或4所述具有杀菌功能的SiO2气凝胶的制备方法,其特征在于步骤(2)中所述银纳米线的醇溶液中含有2~60wt%银纳米线,且所述银纳米线的醇溶液的用量为多聚硅烷体积的1~50%,而所述碱催化剂的用量在所述醇或酮凝胶总体积的15%以内;
其中,所述银纳米线的长度为500纳米~10微米,直径为20~500纳米;所述银纳米线的醇溶液中所采用的溶剂包括乙二醇。
6.根据权利要求1所述具有杀菌功能的SiO2气凝胶的制备方法,其特征在于步骤(3)具体包括:将液态烷或氟代烷与醇凝胶按50:1~1:100的体积比混合并搅拌,其中搅拌速度为100~8000rpm,搅拌温度为室温~烷沸点温度,搅拌时间为1h以上,从而置换出所述醇凝胶中的醇,获得烷凝胶;
所述液态烷或氟代烷采用碳原子数≤8的液态烷或氟代烷。
7.根据权利要求1所述具有杀菌功能的SiO2气凝胶的制备方法,其特征在于步骤(4)具体包括:将体积比为50:1~1:100的疏水剂和液态烷的混合溶液与烷凝胶混合搅拌,搅拌速度为10~8000rpm,搅拌温度控制在室温到液态烷的沸点温度,搅拌时间控制在1h以上,获得所述疏水烷凝胶。
8.根据权利要求1或7所述具有杀菌功能的SiO2气凝胶的制备方法,其特征在于所述疏水剂和液态烷的混合溶液中疏水剂的体积百分比含量为0.5%~50%。
9.根据权利要求1或7所述具有杀菌功能的SiO2气凝胶的制备方法,其特征在于所述疏水剂至少选自甲基三甲氧基硅烷、三甲基甲氧基硅烷、二甲基二氯硅烷、六甲基二硅氮烷、六甲基二硅氮胺烷中的任一种或者两种以上的组合。
10.根据权利要求1所述具有杀菌功能的SiO2气凝胶的制备方法,其特征在于步骤(5)中常压干燥的方式包括鼓风干燥或旋转干燥,干燥温度为80℃~300℃。
11.利用权利要求1-10中任一项所述方法制备的具有杀菌功能的SiO2气凝胶。
12.一种具有杀菌功能的SiO2气凝胶,其特征在于所述气凝胶包含主要由SiO2形成的凝胶骨架及分散于所述凝胶骨架内的银纳米线;并且所述气凝胶具有纳米多孔结构,其中孔的孔径为6~15nm,同时所述气凝胶的密度为0.085~0.250g/cm3,热导率为0.020~0.0450W/mK,比表面积为200~900m2/g,银纳米线含量为0.01wt%~10wt%。
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