CN106077612A - 一种改性硅胶‑金纳米颗粒复合材料的制备方法及其应用 - Google Patents

一种改性硅胶‑金纳米颗粒复合材料的制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改性硅胶‑金纳米颗粒复合材料的制备方法及其应用，所述方法如下：将陶瓷纤维纸浸入水玻璃溶液中，取出并烘干；浸入盐酸中，冲洗至中性；浸入到硫酸铝溶液中，取出，冲洗干净；（4）浸渍在氯化钙溶液，取出后烘干，冷却到室温，放入干燥器中备用，得到改性硅胶除湿材料；（5）制备金纳米溶液；（6）将改性硅胶除湿材料浸泡在金纳米溶液中，取出后在烘干，冷却到室温，得到的改性硅胶‑金纳米颗粒复合材料可设计成百叶窗窗叶。本发明将改性硅胶材料和金纳米颗粒材料复合，无需人工进行烘干再生，而是利用金纳米颗粒的等离激元特性吸收太阳能并利用其热量去除材料内的水分，以实现高效吸湿和自然脱水的功能。

Description

一种改性硅胶-金纳米颗粒复合材料的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种可以高效除湿并循环使用的改性硅胶-金纳米颗粒复合材料的制备方法及其在应用。
背景技术
南方地区位于我国最温暖湿润的亚热带、热带季风气候区。受季风影响，南方地区降水丰富。长时间降雨使潮湿成为南方地区的一个重要特点，尤其是梅雨季节。潮湿环境不仅影响人的舒适感，还会增加人体患病的机率，如呼吸道过敏症、心脑血管病、关节疼痛、风湿、皮肤疾病、过敏性疾病等。潮湿的气候也会加速室内物体损坏，如铁器的锈蚀、家具的霉变、电器的老化等。湿热的气候不仅给工作、生活和生产带来了许多不便，还增加了空调系统的能耗。在湿度较大的地区，除湿成为了空调系统的主要任务之一。湿负荷在冷负荷中占有的比例较大，一般除湿的能耗要占到空调总能耗的20~50%，使得空调系统的能耗进一步提高。
目前常用的除湿方式都存在很多问题，例如高温除湿虽然除湿效率很高，但其工作温度高，易损害其他物品；低温除湿虽然安全有效，但装置复杂，能耗大；真空干燥除湿虽然能耗较低，但其设备昂贵，成本较高；吸潮除湿虽然操作简单，价格低廉，但需定期更换吸湿剂或者进行人工处理。因此，迫切需要一种高效可再生的除湿材料，并且能够运用在室内的除湿设备上。
发明内容
针对现有除湿方式存在的上述问题，本发明提供了一种改性硅胶-金纳米颗粒复合材料的制备方法及其应用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种改性硅胶-金纳米颗粒复合材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将陶瓷纤维纸浸入质量浓度26~34%的水玻璃溶液中，浸渍1~3h后取出，并在40~80℃条件下烘干。
（2）将步骤（1）的陶瓷纤维纸浸入pH=0.5~1的盐酸中1~3h，用纯净水冲洗至中性。
（3）将步骤（2）的陶瓷纤维纸浸入到温度为40~60℃、质量浓度为30~40%的硫酸铝溶液中，浸泡3~5h后取出，用纯净水冲洗干净。
（4）将步骤（3）的陶瓷纤维纸浸渍在质量浓度为35~45%的氯化钙溶液1~2h，取出后在40~80℃条件下烘干，冷却到室温，放入干燥器中备用，得到改性硅胶除湿材料。
（5）将5~10mL浓度为0.005~0.15mol/L的氯金酸水溶液和10~20mL浓度为0.005~0.15mol/L柠檬酸钠水溶液混合均匀，稀释5~10倍，利用恒温磁力搅拌加热器加热至沸腾，保持沸腾状态30~60min，自然冷却到室温，得到所需金纳米溶液。
（6）将步骤（4）的改性硅胶除湿材料浸泡在步骤（5）的金纳米溶液中2~4h，取出后在40~80℃条件下烘干，冷却到室温，实现金纳米颗粒和改性硅胶除湿材料的复合，得到改性硅胶-金纳米颗粒复合材料。
上述方法制备得到的改性硅胶-金纳米颗粒复合材料可设计成百叶窗窗叶，使其可以通过湿度传感器感应室内湿度的变化，然后由PLC控制器进行处理，根据室内湿度的情况控制机械结构的运动，使得窗叶可以在室内吸收水分，然后自动旋转到室外吸收太阳能并脱除水分，实现对室内湿气的持续脱除。
本发明相对于现有技术，具有如下有益效果：
1、制备改性硅胶与金纳米的复合材料：创新性的将改性硅胶材料和金纳米颗粒材料复合，无需人工进行烘干再生，而是利用金纳米颗粒的等离激元特性吸收太阳能并利用其热量去除材料内的水分，以实现高效吸湿和自然脱水的功能。和其他传统的除湿材料相比，免除了人工更换吸湿剂的麻烦，并且能够与智能控制装置相结合，实现对室内湿度的自动调控，符合现代智能家居的设计理念。
2、设计新型太阳能自动除湿百叶窗：在传统百叶窗的基础上，创新性地设计了可以利用太阳能自动除湿的结构。并且将制备的改性硅胶材料和金纳米颗粒复合材料运用在窗叶上，实现了该装置在室内自动吸收水分，在室外利用太阳能排出水分，从而降低室内湿度的功能。和传统的除湿装置相比，该装置结构简单，使用方便，成本低廉。
3、应用对象广泛：适用性广，可适用于普通住房建筑，也可应用到制药厂房、精密仪器厂房、医院等多种场合。
附图说明
图1为制备改性硅胶-金纳米颗粒复合材料的流程图。
图2为实施例1制备所得的改性硅胶除湿材料。
图3为实施例1制备的金纳米颗粒溶液透射电镜图片。
图4为实施例1制备的金纳米颗粒溶液样品图片。
图5为实施例1制备的改性硅胶-金纳米颗粒复合材料。
图6为实施例1制备的改性硅胶-金纳米颗粒复合材料的扫描电镜图片。
图7为百叶窗的结构简图。
图8为整个装置的控制结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
实施例1：
本实施例提供了一种改性硅胶-金纳米颗粒复合材料的制备方法，如图1所示，具体实施步骤如下：
（1）将陶瓷纤维纸浸入质量浓度26%的水玻璃溶液中，浸渍2h后取出，并在60℃条件下烘干。
（2）将步骤（1）的陶瓷纤维纸浸入pH=0.5的盐酸中2h，用纯净水冲洗至中性。
（3）将步骤（2）的陶瓷纤维纸浸入到温度为48℃、质量浓度为35%的硫酸铝溶液中，浸泡4h后取出，用纯净水冲洗干净。
（4）将步骤（3）的陶瓷纤维纸浸渍在质量浓度为40%的氯化钙溶液1h，取出后在60℃条件下烘干，冷却到室温，放入干燥器中备用，制备所得的改性硅胶除湿材料如图2所示。
（5）将8mL浓度为0.01mol/L的氯金酸水溶液和16mL浓度为0.01mol/L柠檬酸钠水溶液混合均匀，稀释10倍，利用恒温磁力搅拌加热器加热至沸腾，保持沸腾状态30min，自然冷却到室温，得到所需金纳米溶液，其透射电镜图如图3所示，金纳米颗粒溶液样品如图4所示。
（6）将步骤（4）的改性硅胶除湿材料浸泡在步骤（5）的金纳米溶液中2h，取出后在60℃条件下烘干，冷却到室温，实现金纳米颗粒和改性硅胶除湿材料的复合，最后制成的改性硅胶-金纳米颗粒复合材料如图5所示。其扫描电镜图片如图6所示。
实施例2：
如图7所示，本实施例提供的新型太阳能自动除湿百叶窗主要由链条1、链条带轮2、窗叶3、固定装置4、同步带轮5、同步电机6、同步带7、湿度传感器8、信号处理器9、PLC控制单元10、电源11、电动机12、电热模块13等结构组成。
窗叶3为三层结构，最底层是绝热材料（防止在室内时被太阳光加热无法吸收水分），中间层是电热模块13（由电热丝和温度传感器构成，在太阳光不足的时候使用，辅助供热），最上层是改性硅胶-金纳米颗粒复合材料，窗叶3固定在窗叶轴上，窗叶轴是由固定装置4固定在链条1上，可以由链条带轮2带动在室内外进行转动。其中多个同步带轮5和每个窗叶轴连接在一起，并且在同步电机6的作用下可以由同步带7带动所有窗叶轴进行一定角度的旋转。
具体工作过程如下：
由湿度传感器8感应室内湿度的情况，经过信号处理器9送入PLC控制单元10，如果室内湿度较高，PLC控制单元10就会向电动机12和同步电机6发出工作指令，电动机12和同步电机6开始工作，窗叶3在室内吸收空气中的水分，由电动机12带动链条带轮2转动，当窗叶3吸收一定的水分后，就被链条1带动转动到室外，吸收太阳光，然后放出水分，最后再转动回到室内吸收水分，一直重复该过程，直至湿度到达合适的水分，经湿度传感器8感应后，由PLC控制单元10发出停止指令。
本实施例中，同步电机6用于控制窗叶轴的转动，当装置工作时，PLC控制单元10会控制同步电机6，使窗叶3旋转一定的角度，在室内时吸水面背对太阳，在室外时吸水面正对太阳，使得窗叶在室内吸收水分，到室外吸收太阳光放出水分。
本实施例中，电热模块13是辅助供热模块，当湿度传感器8感应到室外的湿度太大，室内的湿度一直无法有效下降时，将会启动辅助供热模块，加热窗叶3，使得窗叶3在室外排除水分，控制室内湿度。

Claims (8)

1.一种改性硅胶-金纳米颗粒复合材料的制备方法，其特征在于所述制备方法步骤如下：
（1）将陶瓷纤维纸浸入水玻璃溶液中，浸渍1~3h后取出，并烘干；
（2）将步骤（1）的陶瓷纤维纸浸入pH=0.5~1的盐酸中1~3h，用纯净水冲洗至中性；
（3）将步骤（2）的陶瓷纤维纸浸入到温度为40~60℃的硫酸铝溶液中，浸泡3~5h后取出，用纯净水冲洗干净；
（4）将步骤（3）的陶瓷纤维纸浸渍在氯化钙溶液1~2h，取出后烘干，冷却到室温，放入干燥器中备用，得到改性硅胶除湿材料；
（5）将步骤（4）的改性硅胶除湿材料浸泡在金纳米溶液中2~4h，取出后在烘干，冷却到室温，得到改性硅胶-金纳米颗粒复合材料。
2.根据权利要求1所述的改性硅胶-金纳米颗粒复合材料的制备方法，其特征在于所述步骤（1）中，水玻璃溶液的质量浓度26~34%。
3.根据权利要求1所述的改性硅胶-金纳米颗粒复合材料的制备方法，其特征在于所述步骤（3）中，硫酸铝溶液的质量浓度为30~40%。
4.根据权利要求1所述的改性硅胶-金纳米颗粒复合材料的制备方法，其特征在于所述步骤（4）中，氯化钙溶液的质量浓度为35~45%。
5.根据权利要求1所述的改性硅胶-金纳米颗粒复合材料的制备方法，其特征在于所述步骤（5）中，金纳米溶液的制备方法如下：将5~10mL氯金酸水溶液和10~20m柠檬酸钠水溶液混合均匀，稀释5~10倍，利用恒温磁力搅拌加热器加热至沸腾，保持沸腾状态30~60min，自然冷却到室温，得到所需金纳米溶液。
6.根据权利要求5所述的改性硅胶-金纳米颗粒复合材料的制备方法，其特征在于所述氯金酸水溶液的浓度为0.005~0.15mol/L。
7.根据权利要求1所述的改性硅胶-金纳米颗粒复合材料的制备方法，其特征在于所述柠檬酸钠水溶液的浓度为0.005~0.15mol/L。
8.权利要求1-7任一权利要求制备的改性硅胶-金纳米颗粒复合材料在百叶窗窗叶中的应用。
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