CN108353797B - 一种轻质气凝胶材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种轻质气凝胶材料，材料的制备原料中包括高分子材料和粘土，本发明中的轻质气凝胶材料是将粘土、亲水性高分子材料以及可能添加的其它无机原料相混合，再通过水作为媒介高速搅拌变为黏稠状态；并通过冷冻干燥方法制备的轻质的强吸附材料。本发明制得的所述轻质气凝胶材料具有纳米级和微米级的孔结构，使得材料具有很高的吸水量和吸水速率，所述轻质气凝胶材料可作为猫砂使用，其吸水量和吸水速率远高于同类产品。且本发明中的轻质气凝胶材料的密度可控，使得其密度可满足包括猫砂在内的不同吸附场合的需求。同时，该款材料既可以通过破碎形成表面粗糙的不规则结构，也可以通过模具冷冻成型形成各种特殊形状。

Description

一种轻质气凝胶材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种轻质气凝胶材料及其制备方法，更具体地说，涉及一种吸水率高、吸水速度快的轻质气凝胶材料及其制备方法。
背景技术
猫砂，俗称为宠物卫生纸，是一种常规养宠物的家庭的生活必需品，此外，在宠物店、宠物繁殖场也要使用猫砂。猫砂是消耗量巨大的宠物用品，它可以吸收宠物尿液粪便等废物，并防止气味外溢，在整个宠物市场上的重要性仅次于猫粮。使用时，将猫砂倒入猫砂盆，铺7～10cm厚，就可以给猫用了，清洁猫砂盆时，用猫砂铲将结团的块状物从猫砂中铲出，丢入垃圾桶，而猫砂盆里剩余的猫砂，仍是干净的，可继续使用。
目前常见的猫砂制品有膨润土蒙脱石类、松木类、硅胶类以及可降解类，比如纸质猫砂和豆腐类猫砂。其中，由膨润土和蒙脱石制成的猫砂，由于颗粒小而细，其吸附能力低且容易附着在猫身上，容易被带出，其次质量重，造成用量多、垃圾排放量大。松木类猫砂目前的用量仅次于土砂，受制造原材料和制备工艺的限制，其本身有一定的气味，几乎所有的松木类猫砂都含有甲醛，给猫咪的健康造成了隐患。硅胶猫砂，虽然吸附能力强，但是由于其吸附过程中会急剧放热，孔径限制如热量不能有效扩散，内外压差会有可能使得颗粒炸裂，同时其细小的颗粒物容易夹在猫咪的掌垫间造成伤害。可降解类中的纸质猫砂，将再生纸浆和高分子聚合物有效结合，能瞬间凝结成团，强力吸水除臭，但由于颗粒太轻，一些猫咪不容易接受。豆腐类猫砂，成分中含有豆腐渣，是一种环保型猫砂，其具有粉尘少的优点，但其缺点在于凝结吸水性能较差，且普遍添加了香料和防腐剂，一些猫咪不容易接受。
按照使用特性分类，猫砂又可分为不可结团猫砂和可结团猫砂。传统的不可结团猫砂仅限于给猫提供一个排泄场所，但其凝结力、吸水性较差，通常只能使用一次或者有限的几次就要把整盆猫砂都更换。为解决这一问题，便出现了可结团猫砂，其吸湿性强，能将粪便里的水分及尿液很快吸收并凝结成块。当可结团猫砂逐渐消耗时，可以随时处理并添加新的猫砂，不需要整盆更换。
猫砂的产品质量评判标准包括结团性、吸水性和粉尘量。猫砂的结团性与吸水性相关，吸水性又包含吸水速度和吸水量两个重要指标。而吸水快和单位质量吸水量大的猫砂具有更加优异的结团性。粉尘量主要受猫砂的粒度和强度的影响，粒度小、不均匀、强度差的猫砂会在生产及使用过程中产生更多的粉尘，因此需要的猫砂相对颗粒度较大、分布均匀和强度高，但是猫砂颗粒变大又容易造成液体流到猫砂盆底，于是吸水速度快、吸水量又成为衡量猫砂优劣的核心指标。
因此，如何探寻一种兼具吸水速度快、吸水量大的优质材料，同时还兼具密度可控、低粉尘、环保的优点，使其可适用于猫砂，或其他适宜用途，是本领域急需解决的技术问题。
发明内容
本发明解决的是现有技术中缺少一种吸水速度快、吸水量大的适用于猫砂的优质材料，进而提供了一种兼具吸水速度快、吸水量大，且密度可控、低粉尘、环保的轻质气凝胶材料，本发明同时提供了该轻质气凝胶材料的制备方法。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：
一种轻质气凝胶材料，至少由以下原料制备而成：高分子材料，10-50重量份；粘土，10-50重量份；所述轻质气凝胶材料具有微米级多孔结构和纳米级片层结构。
所述轻质气凝胶材料的密度为0.1-0.5g/cm3。
所述高分子材料为果胶、壳聚糖、聚乙烯醇、生物纤维素、植物纤维素、淀粉改性吸水树脂和丙烯酸系吸水树脂中的任意一种或多种。
所述高分子材料为淀粉改性吸水树脂和丙烯酸系吸水树脂中的至少一种，所述淀粉改性吸水树脂和丙烯酸系吸水树脂的平均粒径为1～100微米。
所述粘土为蒙脱土、高岭土、膨润土、凹凸棒土中的任意一种或多种的组合。
所述原料中还包括添加剂。
所述添加剂为无机填料和吸附剂中的至少一种，其中，所述无机填料为秸秆粉，比如玉米秸秆、麦秸秆、棉秸秆、稻谷秸秆中的任意一种或多种的组合；所述吸附剂为活性炭，珊瑚礁粉、藻酸盐及其衍生物中的任意一种或多种的组合。
所述添加剂为用于猫类尿液或粪便检测的显色指示剂。
所述用于猫类尿液或粪便检测的显色指示剂为pH显色指示剂或酶显色指示剂。
所述添加剂为香料、染料和抗菌除臭剂中的任意一种或多种的组合。
所述的轻质气凝胶材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将特定重量份的高分子材料和粘土混合，加入水作为媒介搅拌变为黏稠状态；(2)在-10℃到-190℃度的温度条件下冷冻，将物料由液态变为固态；(3)在20-30℃的温度条件下进行冻干处理，终止冻干处理时物料的含水量为3wt％-5wt％，完成冻干处理后即得到所述轻质气凝胶材料。
步骤(3)中对完成冻干处理后的物料进行破碎造粒制成颗粒状，即得到所述轻质气凝胶材料。
步骤(1)中将特定重量份的高分子材料和粘土混合，加入水作为媒介搅拌变为黏稠状态后，将物质置于颗粒状的模具中，再进行步骤(2)中的冷冻步骤。
步骤(1)中将特定重量份的高分子材料和粘土混合时，还加入添加剂共同进行混合。
所述轻质气凝胶材料用作猫砂的用途，所述轻质气凝胶材料的颗粒粒径的范围为5-25mm。
本发明所述的轻质气凝胶材料的优点在于：
本发明提供的轻质气凝胶材料，原料中包括高分子材料和粘土，本发明制得的所述轻质气凝胶材料具有纳米级片层结构和微米级的孔结构，使得材料具有很高的吸水量和吸水速率，所述轻质气凝胶材料用于猫砂时，将材料的颗粒粒径范围设置为5-25mm，制成的猫砂的吸水量和吸水速率远高于同类产品。
本发明中的轻质气凝胶材料，是将粘土、亲水性高分子材料和可能添加的其它无机原料相混合，再通过水作为媒介高速搅拌变为黏稠状态；并通过冷冻干燥方法制备的轻质的强吸附材料。以这种方法制作的轻质气凝胶材料具有特殊的微米级和纳米级孔径。且本发明中的轻质气凝胶材料的密度可控，使得其密度可满足包括猫砂在内的不同场合的需求。
本发明中的轻质气凝胶材料因为经过了冷冻干燥处理，其微孔结构使其具有非常适宜的粗糙度，这符合猫类的爱刨坑的天性，相较于表面光滑的猫砂更易被接受。
作为可选择的实施方式，本发明在制备颗粒状的轻质气凝胶材料时，可以直接对冻干处理后的物料进行破碎造粒；也可以在冷冻之前，先将高分子材料和粘土的混合物料置于颗粒状的模具中，再进行步骤(2)中的冷冻步骤。这两种方式均可得到适用于猫砂的颗粒状的轻质气凝胶材料。作为可选择的实施方式，最终的颗粒状轻质气凝胶材料产品可以为不规则形状，也可以为圆柱形、方形、长条形等任意形状。本发明中的轻质气凝胶材料，在保留粘土强吸附作用的基础上，添加有水溶性高分子材料，使其在完成吸水后可以直接排放入下水道或者通过简单的方法恢复活性并重复使用。同时，由于其亲水和高分子材料可降解的特性，在采用环保材料的情况下，产品可自然生物降解，不会产生废弃物，解决了环境污染的问题。
本发明中的轻质气凝胶材料，优选添加有用于猫类尿液或粪便检测的显色指示剂，所述用于猫类尿液或粪便检测的显色指示剂为pH显色指示剂或酶显色指示剂。本发明中的轻质气凝胶材料采用冷冻干燥的方法制备得到，因而不会破坏显色指示剂尤其是酶显色指示剂的活性，同时可保证其固色稳定且不易析出。添加有所述显色指示剂的轻质气凝胶材料在用作猫砂时，可对猫类的尿液进行检测，从而协助判断是否发生疾病，同时因固色稳定，在使用过程中不会发生脱色现象，不会在猫类皮毛上沾染颜色。
上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本发明进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。
附图说明
在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本发明公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本发明范围的限制。
如图1所示是扫描电子显微镜扫描出的本发明实施例3制备得到的所述轻质气凝胶材料的微观结构图。
如图2所示是透射电子显微镜扫描出的本发明实施例3制备得到的所述轻质气凝胶材料的微观结构图。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在下述实施例中，每重量份代表10g。
实施例1
本实施例中所述的轻质气凝胶材料，其制备原料中包括：高分子材料，20重量份；粘土，30重量份；本实施例中所述的高分子材料为果胶，所述粘土为蒙脱土；所述轻质气凝胶材料的制备方法为：
(1)将20重量份的果胶、30重量份的蒙脱土以及1重量份的抗菌剂在常温下混合，并加入100重量份的水，加热至40摄氏度，并放入搅拌器以450-500转/分的速度搅拌10分钟以形成一定粘度的水凝胶；本实施例中所述抗菌剂为竹子提取液。
(2)将液体倒入平盘中，在平盘中的液体的厚度为10mm，并放入零下40摄氏度冷冻室内保持12小时；
(3)将平盘放入冷冻干燥机内，将冷冻干燥机内的温度设置为25℃，压强设置为40Pa,冷冻干燥24小时后，在气凝胶的含水率以质量百分比计为5wt％时取出所得气凝胶；
(4)将冻干的样品投入破碎机粉碎成15-20mm的混合气凝胶小块，密度0.5g/cm3的成品即为所述轻质气凝胶材料。
实施例2
本实施例中所述的轻质气凝胶材料，其制备原料中包括：高分子材料，15重量份；粘土，35重量份；本实施例中所述的高分子材料为丙烯酸吸水树脂，所述丙烯酸系吸水树脂的粒径范围为1～100微米。所述粘土为高岭土；所述轻质气凝胶材料的制备方法为：
(1)将15重量份的丙烯酸吸水树脂、35重量份的高岭土以及1重量份的吸附剂在常温下混合，并加入250重量份的水，加热至40摄氏度，并放入搅拌器以300-400转/分的速度搅拌30分钟以形成悬浮液；本实施例中所述吸附剂为活性炭，所述活性炭的粒径范围为200-300微米。
(2)将液体倒入平盘中，在平盘中的液体的厚度为20mm，并放入零下70摄氏度冷冻室内保持2小时；
(3)将平盘放入冷冻干燥机内，将冷冻干燥机内的温度设置为25℃，压强设置为40Pa,冷冻干燥24小时后，在气凝胶的含水率为5wt％时取出所得气凝胶；
(4)将冻干的样品投入破碎机粉碎成10-15mm混合气凝胶小块，即为所述轻质气凝胶材料，其密度为0.2g/cm3。
实施例3
本实施例中所述的轻质气凝胶材料，其制备原料中包括：高分子材料，10重量份；粘土，40重量份；本实施例中所述的高分子材料为植物纤维素，所述粘土为膨润土；所述轻质气凝胶材料的制备方法为：
(1)将10重量份的植物纤维素、40重量份的膨润土以及0.5重量份的吸附剂和0.5重量份的染色剂在常温下混合，并加入450重量份的水，加热至30摄氏度，并放入搅拌器以450-500转/分的速度搅拌30分钟以形成悬浮液；本实施例中所述吸附剂为活性炭，所述染色剂为β-胡萝卜素。
(2)将液体倒入平盘中，在平盘中的液体的厚度为20mm，并放入零下190摄氏度的液氮溶液中保持2小时；
(3)将平盘放入冷冻干燥机内，将冷冻干燥机内的温度设置为25℃，压强设置为40Pa,冷冻干燥24小时后，在气凝胶的含水率为5wt％时取出所得气凝胶；
(4)将冻干的样品投入破碎机粉碎成5-10mm混合气凝胶小块，即为所述轻质气凝胶材料，其密度为0.1g/cm3。
实施例4
本实施例中所述的轻质气凝胶材料，其制备原料中包括：高分子材料，50重量份；粘土，50重量份；本实施例中所述的高分子材料为植物纤维素，所述粘土为膨润土；所述轻质气凝胶材料的制备方法为：
(1)将50重量份的植物纤维素、50重量份的膨润土以及0.1重量份的显色指示剂，并加入300重量份的水，加热至30摄氏度，并放入搅拌器以450-500转/分的速度搅拌30分钟以形成悬浮液；本实施例中所述显色指示剂为pH显色指示剂，所述pH显色指示剂适宜为甲基红、溴甲酚绿、百里酚蓝、石蕊、酚酞、苯酚红等现有技术中使用的pH显色指示剂中的任意一种或多种的组合；作为优选的实施方式，本实施例中所述pH显色指示剂选择为苯酚红，苯酚红具有无毒、安全的特性，本发明中添加有0.1重量份的苯酚红。
(2)将液体倒入平盘中并放入零下190摄氏度的冷冻室内保持2小时；
(3)将平盘放入冷冻干燥机内，将冷冻干燥机内的温度设置为25℃，压强设置为40Pa,冷冻干燥24小时后，在气凝胶的含水率为5wt％时取出所得气凝胶；
(4)将冻干的样品投入破碎机粉碎成10-25mm的混合气凝胶小块，即为所述轻质气凝胶材料。
本实施例中制备得到的所述轻质气凝胶材料在遇到酸碱溶液时可显示不同颜色，因此在用作猫砂时，可指示尿液的pH值，本发明中添加有苯酚红的轻质气凝胶材料的pH值变色范围约为6.5-8，可满足对猫类尿液的检测需求，用于辅助判断是否发生疾病或是否存在健康隐患，亦或在猫类发生疾病，如泌尿系统疾病时，用于辅助判断其健康状况。
实施例5
本实施例中所述的轻质气凝胶材料，其制备原料中包括：高分子材料，50重量份；粘土，50重量份；本实施例中所述的高分子材料为植物纤维素，所述粘土为膨润土；所述轻质气凝胶材料的制备方法为：
(1)将50重量份的植物纤维素、50重量份的膨润土以及0.1重量份的显色指示剂，并加入300重量份的水，加热至30摄氏度，并放入搅拌器以450-500转/分的速度搅拌30分钟以形成悬浮液；本实施例中所述显色指示剂为酶显色指示剂，所述酶显色指示剂包含0.005重量份的葡萄糖氧化酶和0.005重量份的过氧化氢酶以及0.099重量份的四甲基联苯胺(TMB)显色剂。
(2)将液体倒入平盘中并放入零下190摄氏度的冷冻室内保持2小时；
(3)将平盘放入冷冻干燥机内，将冷冻干燥机内的温度设置为25℃，压强设置为40Pa,冷冻干燥24小时后，在气凝胶的含水率为5wt％时取出所得气凝胶；
(4)将冻干的样品投入破碎机粉碎成10-25mm的混合气凝胶小块，即为所述轻质气凝胶材料。本实施例中的葡萄糖氧化酶可将葡萄糖催化分解成葡萄糖酸和过氧化氢，过氧化氢在过氧化氢酶的催化作用下形成水和原子氧，原子氧遇到四甲基联苯胺则产生变色现象，因此本实施例中制备得到的所述轻质气凝胶材料在检测到葡萄糖成分时会发生变色，从而辅助判断是否发生相关疾病。
利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察实施例1-5中制备得到的所述轻质气凝胶材料的微观结构，实施例1-5中制备得到的所述轻质气凝胶材料具有微米级多孔结构和纳米级片层结构，所述纳米级片层结构分布在微米级多孔结构的孔壁上和所述多孔结构的孔与孔之间，以实施例3为例，实施例3中所述轻质气凝胶材料在扫描电子显微镜下扫描得到的微米级多孔结构的微观结构图如图1所示；在透射电子显微镜下得到的纳米级片层结构的微观结构图如图2所示，实施例3中制备得到的所述轻质气凝胶材料的所述微米级多孔结构的孔径范围为10-50微米，所述纳米级片层结构的片层厚度为100-300nm。
上述实施例1-5为列举的实施方式，但原料的选择并不局限于上述实施方式，作为可选择的实施方式，用作原料的所述粘土可以为蒙脱土、高岭土、膨润土、凹凸棒土中的任意一种或多种的组合。且添加剂的种类也可任意选择，如可以为无机填料和吸附剂中的至少一种，其中，所述无机填料为秸秆粉，比如玉米秸秆、麦秸秆、棉秸秆、稻谷秸秆中的任意一种或多种的组合，所述无机填料的添加量适宜为1-10重量份；所述吸附剂可以是活性炭、珊瑚礁粉、藻酸盐及其衍生物中的任意一种或多种的组合，所述吸附剂的添加量适宜为0.5-1重量份。除此之外，所述添加剂还可以包括香料、染料和抗菌除臭剂中的任意一种或多种的组合，作为优选的实施方式，所述香料、染料和抗菌除臭剂的添加量均不超过0.5重量份为宜。
实验例
取上述实施例1-3制备得到的轻质气凝胶材料，根据如下吸水率测试方法测试材料的吸水率：
用100mL的直形量筒取产品至刻度，称重记为M0,浸水15min后取出称重记为M1，吸水率＝(M1/M0)–1
实施例1-3中制备得到的三款产品每克产品的吸水率均在6克以上，其中实施例3制备得到的吸水率最高，可以达到10克。
对比例
取10g本发明中实施例1-3制备得到的轻质气凝胶材料；取市场上卖的普通猫砂，为传统膨润土猫砂。
对比三种材料的吸水速率，本发明中实施例1制备得到的轻质气凝胶材料，每10克样品吸附50mL水的时间平均为40秒；实施例2制备得到的轻质气凝胶材料，每10克样品吸附50mL水的时间平均为35秒；实施例3制备得到的轻质气凝胶材料，每10克样品吸附50mL水的时间平均为25秒；
传统膨润土猫砂，每10克样品吸附50mL水的时间平均为50秒。
由上述实验结果可知，本发明制备得到轻质气凝胶材料具有良好的吸水性能，吸水率与吸水速度均优于常规的猫砂材料。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种轻质气凝胶材料，其特征在于，由以下原料制备而成：
高分子材料，10-50重量份；
粘土，10-50重量份；
所述轻质气凝胶材料具有微米级多孔结构和纳米级片层结构；
所述轻质气凝胶材料的密度为0.1-0.5g/cm3；
所述高分子材料为果胶、壳聚糖、聚乙烯醇、生物纤维素、植物纤维素、淀粉改性吸水树脂和丙烯酸系吸水树脂中的任意一种或多种；
所述粘土为蒙脱土、高岭土、膨润土、凹凸棒土中的任意一种或多种的组合；
所述轻质气凝胶材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将特定重量份的高分子材料和粘土混合，加入水作为媒介搅拌变为黏稠状态；
（2）在-10℃到-190℃的温度条件下冷冻，将物料由液态变为固态；
（3）在20-30℃的温度条件下进行冻干处理，终止冻干处理时物料的含水量为3wt%-5wt%，完成冻干处理后即得到所述轻质气凝胶材料。
2.根据权利要求1所述的轻质气凝胶材料，其特征在于，所述原料中还包括添加剂，所述添加剂为无机填料和吸附剂中的至少一种，其中，所述无机填料为玉米秸秆粉、麦秸秆粉、棉秸秆粉、稻谷秸秆粉中的任意一种或多种的组合，所述吸附剂为活性炭、珊瑚礁粉、藻酸盐及其衍生物中的任意一种或多种的组合。
3.根据权利要求2所述的轻质气凝胶材料，其特征在于，步骤（1）中将特定重量份的高分子材料和粘土混合时，还加入添加剂共同进行混合。
4.根据权利要求1-3任一项所述的轻质气凝胶材料，其特征在于，还添加有用于猫类尿液或粪便检测的显色指示剂，结合制备方法中采用的冻干操作，能够在不破坏显色指示剂活性的同时，保证固色稳定且不易析出。
5.根据权利要求4所述的轻质气凝胶材料，其特征在于，所述高分子材料为淀粉改性吸水树脂和丙烯酸系吸水树脂中的至少一种，所述淀粉改性吸水树脂和丙烯酸系吸水树脂的平均粒径为1-100微米。
6.一种轻质气凝胶材料，其特征在于，制备原料中包括：高分子材料，20重量份；粘土，30重量份；所述高分子材料为果胶，所述粘土为蒙脱土；所述轻质气凝胶材料的制备方法为：
（1）将20重量份的果胶、30重量份的蒙脱土以及1重量份的抗菌剂在常温下混合，并加入100重量份的水，加热至40摄氏度，并放入搅拌器以450-500转/分的速度搅拌10分钟以形成一定粘度的水凝胶，所述抗菌剂为竹子提取液；
（2）将液体倒入平盘中，在平盘中的液体的厚度为10mm，并放入零下40摄氏度冷冻室内保持12小时；
（3）将平盘放入冷冻干燥机内，将冷冻干燥机内的温度设置为25℃，压强设置为40Pa，冷冻干燥24小时后，在气凝胶的含水率以质量百分比计为5wt%时取出所得气凝胶；
（4）将冻干的样品投入破碎机粉碎成15-20mm的混合气凝胶小块，密度为0.5g/cm3的成品即为所述轻质气凝胶材料；
其中，所述轻质气凝胶材料具有微米级多孔结构和纳米级片层结构。
7.一种轻质气凝胶材料，其特征在于，制备原料中包括：高分子材料，15重量份；粘土，35重量份；所述高分子材料为丙烯酸吸水树脂，所述丙烯酸吸水树脂的粒径范围为1-100微米，所述粘土为高岭土；所述轻质气凝胶材料的制备方法为：
（1）将15重量份的丙烯酸吸水树脂、35重量份的高岭土以及1重量份的吸附剂在常温下混合，并加入250重量份的水，加热至40摄氏度，并放入搅拌器以300-400转/分的速度搅拌30分钟以形成悬浮液，所述吸附剂为活性炭，所述活性炭的粒径范围为200-300微米；
（2）将液体倒入平盘中，在平盘中的液体的厚度为20mm，并放入零下70摄氏度冷冻室内保持2小时；
（3）将平盘放入冷冻干燥机内，将冷冻干燥机内的温度设置为25℃，压强设置为40Pa，冷冻干燥24小时后，在气凝胶的含水率以质量百分比计为5wt%时取出所得气凝胶；
（4）将冻干的样品投入破碎机粉碎成15-20mm的混合气凝胶小块，密度为0.2g/cm3的成品即为所述轻质气凝胶材料；
其中，所述轻质气凝胶材料具有微米级多孔结构和纳米级片层结构。
8.一种轻质气凝胶材料，其特征在于，制备原料中包括：高分子材料，10重量份；粘土，40重量份；所述高分子材料为植物纤维，所述粘土为膨润土；所述轻质气凝胶材料的制备方法为：
（1）将10重量份的植物纤维素、40重量份的膨润土以及0.5重量份的吸附剂和0.5重量份的染色剂在常温下混合，并加入450重量份的水，加热至30摄氏度，并放入搅拌器以450-500转/分的速度搅拌30分钟以形成悬浮液，所述吸附剂为活性炭，所述染色剂为β-胡萝卜素；
（2）将液体倒入平盘中，在平盘中的液体的厚度为20mm，并放入零下190摄氏度的液氮溶液中保持2小时；
（3）将平盘放入冷冻干燥机内，将冷冻干燥机内的温度设置为25℃，压强设置为40Pa，冷冻干燥24小时后，在气凝胶的含水率以质量百分比计为5wt%时取出所得气凝胶；
（4）将冻干的样品投入破碎机粉碎成5-10mm的混合气凝胶小块，密度为0.1g/cm3的成品即为所述轻质气凝胶材料；
其中，所述轻质气凝胶材料具有微米级多孔结构和纳米级片层结构，所述微米级多孔结构的孔径范围为10-50微米、所述纳米级片层结构的片层厚度为100-300nm。
9.一种轻质气凝胶材料，其特征在于，制备原料中包括：高分子材料，50重量份；粘土，50重量份；所述高分子材料为植物纤维素，所述粘土为膨润土；所述轻质气凝胶材料的制备方法为：
（1）将50重量份的植物纤维素、50重量份的膨润土以及0.1重量份的显色指示剂，并加入300重量份的水，加热至30摄氏度，并放入搅拌器以450-500转/分的速度搅拌30分钟以形成悬浮液，所述显色指示剂为pH显色指示剂；
（2）将液体倒入平盘中并放入零下190摄氏度冷冻室内保持2小时；
（3）将平盘放入冷冻干燥机内，将冷冻干燥机内的温度设置为25℃，压强设置为40Pa，冷冻干燥24小时后，在气凝胶的含水率以质量百分比计为5wt%时取出所得气凝胶；
（4）将冻干的样品投入破碎机粉碎成15-20mm的混合气凝胶小块；
其中，所述轻质气凝胶材料具有微米级多孔结构和纳米级片层结构。
10.根据权利要求9所述的轻质气凝胶材料，其特征在于，所述pH显色指示剂为甲基红、溴甲酚绿、百里酚蓝、石蕊、酚酞、或苯酚红中的任一项。
11.一种轻质气凝胶材料，其特征在于，制备原料中包括：高分子材料，50重量份；粘土，50重量份；所述高分子材料为植物纤维素，所述粘土为膨润土；所述轻质气凝胶材料的制备方法为：
（1）将50重量份的植物纤维素、50重量份的膨润土以及0.1重量份的显色指示剂，并加入300重量份的水，加热至30摄氏度，并放入搅拌器以450-500转/分的速度搅拌30分钟以形成悬浮液，所述显色指示剂为酶显色指示剂，所述酶显色指示剂包含0.005重量份的葡萄糖氧化酶和0.005重量份的过氧化氢酶以及0.099重量份的四甲基联苯胺显色剂；
（2）将液体倒入平盘中并放入零下190摄氏度冷冻室内保持2小时；
（3）将平盘放入冷冻干燥机内，将冷冻干燥机内的温度设置为25℃，压强设置为40Pa，冷冻干燥24小时后，在气凝胶的含水率以质量百分比计为5wt%时取出所得气凝胶；
（4）将冻干的样品投入破碎机粉碎成10-25mm的混合气凝胶小块；
其中，所述轻质气凝胶材料具有微米级多孔结构和纳米级片层结构。
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