CN110302766A - 一种有机气凝胶作为空气净化材料的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有机气凝胶作为空气净化材料的应用，属于空气治理技术领域。该有机气凝胶材料由以下方法制备：1)凝胶乳液的制备；2)凝胶乳液的聚合。该有机气凝胶材料作为空气净化材料用于吸收VOCs、吸附PM2.5或/和吸附PM10，使用范围广，具有多功能吸收兼吸附的特点；有机气凝胶材料作为空气净化材料处理上述污染物质时，工作效率高，饱和后经水洗‑干燥能够重复使用，再生方式简单，可多次重复使用的特点使得该有机气凝胶作为空气净化材料在市场上具有很大的竞争力；该有机气凝胶材料为疏水性材料，使用过程中不易吸潮。

Description

一种有机气凝胶作为空气净化材料的应用
技术领域
本发明属于空气治理技术领域，尤其是一种有机气凝胶作为空气净化材料的应用。
背景技术
随着工业社会的快速发展，人们对工业高度发达的负面影响预料不够、预防不当，导致全球范围内都不同程度地出现了环境污染问题，环境污染最直接、最容易被人所感受的后果是人们生存环境的恶化，严重影响了人们的生活质量、身体健康和生产活动。随着环境污染的加剧和人们环保意识的逐步提高，环境治理已成为当今全社会关注的焦点。
目前，与人们日常生活息息相关的环境污染问题中，较为严重的有PM2.5和PM10引发的雾霾以及家装或工业产生的VOCs(Volatile Organic Compounds)，市面上用于PM2.5、PM10及VOCs的去除材料主要包括HEPA(High efficiency particulate air filter)过滤网和活性炭。
组成HEPA过滤网的材料有多种，主要包括PP(聚丙烯)高效滤纸、PET(聚对苯二甲酸类)高效滤纸、复合(PP和PET)高效滤纸以及玻纤高效滤纸。其中：PP滤纸是以聚丙烯为原料经过热熔法制成，低阻、高效，过滤精度高，但材质硬度不够，且不可水洗；PET滤纸采用涤纶树脂等熔喷而制成，强度高、不易变形，但过滤效率很低，主要用于扫地机、吸尘器等过滤精度要求不高的清洁机器上；复合滤纸采用熔喷法制备，先熔喷一层PP、再熔喷一层PET，复合滤纸融合了两者的优点，容易成型、过滤精度高，既有挺度，又能保证高精度的过滤效果，是市面上空气净化器的主要过滤材料，但同样也存在不可水洗的缺陷；玻纤滤纸是一种高性能滤纸，强度高、尺寸稳定、耐热性好、便于加工，但风阻较大，主要应用于核工业、手术室及航空等高洁净场所，一些国外大品牌高端空气净化器也在使用。现阶段，虽然HEPA过滤网是市面上烟雾、灰尘、花粉以及细菌等颗粒污染物使用最多、最有效的过滤媒介，但其存在易饱和、使用寿命短、再生困难、更换成本高、功能单一、难以在高湿环境下使用等缺陷。
对于另一类有毒有害物质，如：甲醛、苯类、酯类、酮类等VOCs气体污染物，家用空气净化器或工业处理设备通常选择多孔性、高比表面积的活性炭作为吸附剂，但活性炭存在以下三个缺陷：(1)活性炭具有丰富的孔结构及较大的比表面积，它对环境中的物质吸附无选择性，因此在高湿环境下也吸附水分，易吸潮饱和，因此活性炭从出厂、运输、储存、使用过程都是一个缓慢吸潮、失效的过程，导致其最终有效吸附VOCs的能力极大降低，同时高湿环境下易滋生细菌、霉变，容易产生二次污染；(2)活性炭成型形式较为单一，常见的有粉末状、圆柱状及蜂窝状等结构，后两种主要是将粉末状碳质经过热解、活化、粘合以模具挤压而制成，其本质而言是依赖粉末状活性炭后期加工而成，加工成型过程使用了大量的粘合剂，使得活性炭本身的孔结构及高比表面积减小，降低了其吸附性能；(3)活性炭为无机颗粒物，对VOCs气体仅是物理吸附原理，因此其饱和吸附量不高，吸附饱和后高温条件下会再次释放有毒有害气体物质，产生二次污染。因此，活性炭也存在产品吸潮、易吸附饱和、使用周期短、再生困难、更换成本大、存在二次污染等问题。
HEPA过滤网及活性炭作为空气净化器或工业处理设备的核心材料，其产品性能直接决定了空气净化装置的使用效果与工作寿命，但市面上现有的产品均存在各种缺陷及不足，因此发展一种新型、高效、再生简单、可重复使用、多功能的空气净化材料显得迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种有机气凝胶作为空气净化材料的应用。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
进一步的，用于吸收VOCs、吸附PM2.5或/和吸附PM10。
进一步的，所述有机气凝胶由以下制备方法制备得到：
1)凝胶乳液的制备
将小分子胶凝剂加入油相体系中，搅拌形成混合溶液，将水相加入所述混合溶液内，搅拌形成乳白色、粘弹态的乳液，静止至乳液为微流动或半流动状，制得凝胶乳液；
以质量百分比计，各组分的配比为：0.1％～0.5％的小分子胶凝剂，4.7％～22.5％的油相，77％～95.2％的水相；其中，油相体系由2.8％～10％的可聚合单体、1％～5％的交联剂、0.5％～4％的触变剂、0.1％～0.5％的引发剂以及0.3％～3％的增韧剂混合而成；
所述小分子胶凝剂为
2)凝胶乳液的聚合
将凝胶乳液在室温～50℃聚合4～8h，升温至50～90℃，聚合4～12h，再升温至90～120℃，聚合4～8h；干燥后得到有机气凝胶。
进一步的，所述有机气凝胶作为空气净化材料经溶剂处理后能够重复使用。
进一步的，所述溶剂为水。
进一步的，所述有机气凝胶为疏水性材料。
进一步的，有机气凝胶作为空调滤芯的净化材料。
进一步的，有机气凝胶作为空气净化器滤芯的净化材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
一种有机气凝胶作为空气净化材料的应用，能够吸收VOCs、吸附PM2.5或/和吸附PM10，使用范围广，具有多功能吸收兼吸附的特点；有机气凝胶材料净化上述污染物质时，吸收及吸附效率高，饱和后经水洗-干燥能够重复使用，再生方式简单，多次重复使用的特点使得该有机气凝胶作为空气净化材料在市场上具有很大的竞争力；该有机气凝胶为疏水性材料，使用过程中不易吸潮。
附图说明
图1为实施例3有机气凝胶材料填充的过滤/吸附板外观图；
图2为不同过滤板对PM2.5颗粒物的去除效果图；
图3为市售某HEPA板和本发明过滤/吸附板水中浸泡后的外观图，其中a为市售某HEPA板，b为本发明实施例3有机气凝胶材料填充的过滤/吸附板；
图4为有机气凝胶材料填充的过滤/吸附板重复6次对PM2.5颗粒物的去除效果图；
图5为实施例3有机气凝胶材料对甲醛及VOCs的吸收性能曲线。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明有机气凝胶材料的合成方法，包括以下步骤：
(1)合成化合物Ⅰ
将胆固醇和Boc-D-苯丙氨酸溶于适量二氯甲烷中，冰水浴下搅拌使其溶解，加入DCC和DMAP，混合溶液在冰水浴中反应2～8h，然后室温条件下再反应16～24h，将所得混合物过滤，得到淡黄色滤液；往滤液内通入干燥的HCl气体，直至体系不再有白色沉淀生成，经抽滤、干燥后得到粉末状化合物Ⅰ。
(2)合成化合物Ⅱ
将化合物Ⅰ溶于四氢呋喃中，加入三乙胺，加热回流2～8h，冷却至室温，得到混合溶液；将溶有亚甲基双(4-苯基异氰酸酯)的四氢呋喃溶液滴入上述混合溶液中，室温条件下搅拌18～24h，经抽滤、真空干燥后得到白色粉末状化合物Ⅱ，化合物Ⅱ为小分子胶凝剂，在下面制备有机气凝胶材料的过程中作为稳定剂使用。
(3)凝胶乳液的制备
以质量百分比计，各组分的配比为：0.1％～0.5％的稳定剂，即化合物Ⅱ；4.7％～22.5％的油相，油相体系由2.8％～10％的可聚合单体、1％～5％的交联剂、0.5％～4％的触变剂、0.1％～0.5％的引发剂以及0.3％～3％的增韧剂混合而成；77％～95.2％的水相。
室温条件下，将稳定剂溶于油相混合体系，震荡/搅拌10～20min形成均匀的混合溶液，将水相快速加入，震荡/搅拌10～30min形成乳白色、粘弹态乳液，静止至体系成微流动/半流动体，制得凝胶乳液。
(4)凝胶乳液的聚合
将制备好的凝胶乳液体系在室温下静止放置约10～30min，放入油浴中聚合，升温程序为：凝胶乳液在室温～50℃聚合4～8h，升温至50～90℃聚合4～12h，升温至90～120℃聚合4～8h；待聚合完成后，体系自然降至室温。材料取出后在50℃烘箱内干燥，得到有机气凝胶材料，该材料具有轻质、多孔、疏水的特征。
步骤(1)中胆固醇、Boc-D-苯丙氨酸、DCC、DMAP的摩尔比为1：(1～5)：(1～10)：(0.1～1)。
步骤(2)中化合物Ⅰ、三乙胺、亚甲基双(4-苯基异氰酸酯)的摩尔比为1：(1～5)：(0.5～1)。
步骤(3)中稳定剂为本发明自合成的小分子胶凝剂(化合物Ⅱ)，油相由可聚合单体(对氯苯乙烯、苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸叔丁酯等单体中的一种或多种)、交联剂(二乙烯基苯、邻苯二甲酸二烯丙酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯中的一种或两种)、触变剂(沉淀二氧化硅、气相二氧化钛、气相二氧化硅、有机膨润土中的一种或两种)、引发剂(过氧化二苯甲酰、过氧化二异丙苯、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的一种或两种)、增韧剂(丁腈橡胶、丙烯酸类橡胶、有机硅氧烷中的一种)等组成，水相为去离子水、质量分数1.5％的NaCl水溶液、质量分数2％的CaCl2水溶液、质量分数2％的葡萄糖水溶液、pH为6的稀硫酸水溶液、pH为8的NaOH水溶液中的一种。
合成有机气凝胶材料的过程中，在体系引入触变剂和增韧剂，使制备得到的凝胶乳液稳定性和粘弹性极大提高，材料的均匀性、完整性、强度及韧性等基本性能得到大幅提升。
实施例1
1)合成化合物Ⅰ
将0.1mol胆固醇和0.1molBoc-D-苯丙氨酸溶于250mL二氯甲烷中，冰水浴下搅拌使其溶解，加入0.1mol DCC和0.01mol DMAP，混合溶液冰水浴反应2h，然后室温反应16h，将所得混合物过滤，得到淡黄色滤液；滤液在搅拌条件下通入干燥的HCl气体，直至体系不再有白色沉淀生成时，停止通气，抽滤，真空干燥，得到粉末状化合物Ⅰ；
2)合成化合物Ⅱ
将0.1mol化合物Ⅰ溶于200mL四氢呋喃中，加入0.1mol三乙胺，加热回流2h，冷却至室温；将溶有0.05mol亚甲基双(4-苯基异氰酸酯)的100mL四氢呋喃溶液通过恒压滴液漏斗，以(1～2)滴/秒的速度滴入上述混合溶液中，室温条件下搅拌18h，抽滤，真空干燥，得到白色粉末状化合物Ⅱ。
3)凝胶乳液的制备
以质量百分比计，各组分的配比为：稳定剂0.5％，油相19.5％，水相80％。其中，油相各组分为：苯乙烯10％，二乙烯基苯3％，气相二氧化钛3.3％，偶氮二异丁腈0.2％，丁腈橡胶3％；水相为去离子水。
室温条件下，将稳定剂溶于油相混合体系，震荡/搅拌10～20min形成均匀的混合溶液，将水相快速加入，震荡/搅拌10～30min形成乳白色、粘弹态乳液，静止至体系成微流动/半流动体，制得凝胶乳液。
4)凝胶乳液的聚合
将制备好的凝胶乳液体系在室温下静止放置约10～30min，放入油浴中聚合，升温程序为：室温聚合4h，升温至60℃聚合12h，再升温至90℃聚合4h。待聚合完成后，体系自然降至室温。材料取出后在50℃烘箱内干燥，得到一种保形较好、孔径丰富、疏水的材料。
实施例2
1)合成化合物Ⅰ
将0.1mol胆固醇和0.2molBoc-D-苯丙氨酸溶于250mL二氯甲烷中，冰水浴下搅拌使其溶解，加入0.2mol DCC和0.04mol DMAP，混合溶液冰水浴反应4h，然后室温反应18h，将所得混合物过滤，得到淡黄色滤液；滤液在搅拌条件下通入干燥的HCl气体，直至体系不再有白色沉淀生成时，停止通气，抽滤，真空干燥，得到粉末状化合物Ⅰ。
2)合成化合物Ⅱ
将0.1mol化合物Ⅰ溶于200mL四氢呋喃中，加入0.2mol三乙胺，加热回流4h，冷却至室温；将溶有0.06mol亚甲基双(4-苯基异氰酸酯)的100mL四氢呋喃溶液通过恒压滴液漏斗，以(1～2)滴/秒的速度滴入上述混合溶液中，室温条件下搅拌20h，抽滤，真空干燥，得到白色粉末状化合物Ⅱ。
3)凝胶乳液的制备
以质量百分比计，各组分的配比为：稳定剂0.4％，油相14.6％，水相85％。其中，油相各组分为：甲基丙烯酸甲酯8％，邻苯二甲酸二烯丙酯2％，沉淀二氧化硅2％，过氧化二苯甲酰0.2％，丙烯酸类橡胶2.4％；水相为质量分数1.5％的NaCl水溶液。
室温条件下，将稳定剂溶于油相混合体系，震荡/搅拌10～20min形成均匀的混合溶液，将水相快速加入，震荡/搅拌10～30min形成乳白色、粘弹态乳液，静止至体系成微流动/半流动体，制得凝胶乳液。
4)凝胶乳液的聚合
将制备好的凝胶乳液体系在室温下静止放置约10～30min，放入油浴中聚合，升温程序为：升温至40℃聚合4h，升温至70℃聚合8h，再升温至100℃聚合4h。待聚合完成后，体系自然降至室温。材料取出后在50℃烘箱内干燥，得到一种保形较好、孔径丰富、疏水的材料。
实施例3
1)合成化合物Ⅰ
将0.1mol胆固醇和0.3molBoc-D-苯丙氨酸溶于250mL二氯甲烷中，冰水浴下搅拌使其溶解，加入0.3mol DCC和0.06mol DMAP，混合溶液冰水浴反应6h，然后室温反应20h，将所得混合物过滤，得到淡黄色滤液；滤液在搅拌条件下通入干燥的HCl气体，直至体系不再有白色沉淀生成时，停止通气，抽滤，真空干燥，得到粉末状化合物Ⅰ。
2)合成化合物Ⅱ
将0.1mol化合物Ⅰ溶于200mL四氢呋喃中，加入0.3mol三乙胺，加热回流6h，冷却至室温；将溶有0.07mol亚甲基双(4-苯基异氰酸酯)的100mL四氢呋喃溶液通过恒压滴液漏斗，以(1～2)滴/秒的速度滴入上述混合溶液中，室温条件下搅拌22h，抽滤，真空干燥，得到白色粉末状化合物Ⅱ。
3)凝胶乳液的制备
以质量百分比计，各组分的配比为：稳定剂0.2％，油相9.8％，水相90％。其中，油相各组分为：对氯苯乙烯5％，二乙烯基苯1.5％，气相二氧化硅1.5％，偶氮二异庚腈0.1％，有机硅氧烷1.7％；水相为质量分数2％的葡萄糖水溶液。
室温条件下，将稳定剂溶于油相混合体系，震荡/搅拌10～20min形成均匀的混合溶液，将水相快速加入，震荡/搅拌10～30min形成乳白色、粘弹态乳液，静止至体系成微流动/半流动体，制得凝胶乳液。
4)凝胶乳液的聚合
将制备好的凝胶乳液体系在室温下静止放置约10～30min，放入油浴中聚合，升温程序为：升温至40℃聚合4h，升温至65℃聚合8h，再升温至90℃聚合4h。待聚合完成后，体系自然降至室温。材料取出后在50℃烘箱内干燥，得到一种保形较好、孔径丰富、疏水的材料。
实施例4
1)合成化合物Ⅰ
将0.1mol胆固醇和0.4molBoc-D-苯丙氨酸溶于250mL二氯甲烷中，冰水浴下搅拌使其溶解，加入0.4mol DCC和0.08mol DMAP，混合溶液冰水浴反应8h，然后室温反应22h，将所得混合物过滤，得到淡黄色滤液；滤液在搅拌条件下通入干燥的HCl气体，直至体系不再有白色沉淀生成时，停止通气，抽滤，真空干燥，得到粉末状化合物Ⅰ。
2)合成化合物Ⅱ
将0.1mol化合物Ⅰ溶于200mL四氢呋喃中，加入0.4mol三乙胺，加热回流8h，冷却至室温；将溶有0.08mol亚甲基双(4-苯基异氰酸酯)的100mL四氢呋喃溶液通过恒压滴液漏斗，以(1～2)滴/秒的速度滴入上述混合溶液中，室温条件下搅拌24h，抽滤，真空干燥，得到白色粉末状化合物Ⅱ。
3)凝胶乳液的制备
以质量百分比计，各组分的配比为：稳定剂0.1％，油相4.9％，水相95％。其中，油相各组分为：丙烯腈3％，二甲基丙烯酸乙二醇酯1％，沉淀二氧化硅0.5％，过氧化二异丙苯0.1％，有机硅氧烷0.3％；水相为pH为6的稀硫酸水溶液。
室温条件下，将稳定剂溶于油相混合体系，震荡/搅拌10～20min形成均匀的混合溶液，将水相快速加入，震荡/搅拌10～30min形成乳白色、粘弹态乳液，静止至体系成微流动/半流动体，制得凝胶乳液。
4)凝胶乳液的聚合
将制备好的凝胶乳液体系在室温下静止放置约10～30min，放入油浴中聚合，升温程序为：升温至50℃聚合4h，升温至100℃聚合10h，再升温至120℃聚合4h。待聚合完成后，体系自然降至室温。材料取出后在50℃烘箱内干燥，得到一种保形较好、孔径丰富、疏水的材料。
实施例5
1)合成化合物Ⅰ
将0.1mol胆固醇和0.5molBoc-D-苯丙氨酸溶于250mL二氯甲烷中，冰水浴下搅拌使其溶解，加入0.5mol DCC和0.1mol DMAP，混合溶液冰水浴反应8h，然后室温反应24h，将所得混合物过滤，得到淡黄色滤液；滤液在搅拌条件下通入干燥的HCl气体，直至体系不再有白色沉淀生成时，停止通气，抽滤，真空干燥，得到粉末状化合物Ⅰ。
2)合成化合物Ⅱ
将0.1mol化合物Ⅰ溶于200mL四氢呋喃中，加入0.5mol三乙胺，加热回流8h，冷却至室温；将溶有0.1mol亚甲基双(4-苯基异氰酸酯)的100mL四氢呋喃溶液通过恒压滴液漏斗，以(1～2)滴/秒的速度滴入上述混合溶液中，室温条件下搅拌24h，抽滤，真空干燥，得到白色粉末状化合物Ⅱ。
3)凝胶乳液的制备
以质量百分比计，各组分的配比为：稳定剂0.5％，油相22.5％，水相77％。其中，油相各组分为：对氯苯乙烯7％、甲基丙烯酸甲酯3％，邻苯二甲酸二烯丙酯5％，有机膨润土4％，偶氮二异庚腈0.5％，丙烯酸类橡胶3％；水相为pH为8的NaOH水溶液。
室温条件下，将稳定剂溶于油相混合体系，震荡/搅拌10～20min形成均匀的混合溶液，将水相快速加入，震荡/搅拌10～30min形成乳白色、粘弹态乳液，静止至体系成微流动/半流动体，制得凝胶乳液。
4)凝胶乳液的聚合
将制备好的凝胶乳液体系在室温下静止放置约10～30min，放入油浴中聚合，升温程序为：室温聚合8h，升温至50℃聚合12h，再升温至90℃聚合6h。待聚合完成后，体系自然降至室温。材料取出后在50℃烘箱内干燥，得到一种保形较好、孔径丰富、疏水的材料。
实施例6
1)合成化合物Ⅰ
将0.1mol胆固醇和0.4molBoc-D-苯丙氨酸溶于250mL二氯甲烷中，冰水浴下搅拌使其溶解，加入0.4mol DCC和0.08mol DMAP，混合溶液冰水浴反应8h，然后室温反应22h，将所得混合物过滤，得到淡黄色滤液；滤液在搅拌条件下通入干燥的HCl气体，直至体系不再有白色沉淀生成时，停止通气，抽滤，真空干燥，得到粉末状化合物Ⅰ。
2)合成化合物Ⅱ
将0.1mol化合物Ⅰ溶于200mL四氢呋喃中，加入0.4mol三乙胺，加热回流8h，冷却至室温；将溶有0.08mol亚甲基双(4-苯基异氰酸酯)的100mL四氢呋喃溶液通过恒压滴液漏斗，以(1～2)滴/秒的速度滴入上述混合溶液中，室温条件下搅拌24h，抽滤，真空干燥，得到白色粉末状化合物Ⅱ。
3)凝胶乳液的制备
以质量百分比计，各组分的配比为：稳定剂0.3％，油相14.7％，水相85％。其中，油相各组分为：对氯苯乙烯7％、苯乙烯2.4％，二乙烯基苯2％，气相二氧化钛2％，过氧化二苯甲酰0.3％，丁腈橡胶1％；水相为去离子水。
室温条件下，将稳定剂溶于油相混合体系，震荡/搅拌10～20min形成均匀的混合溶液，将水相快速加入，震荡/搅拌10～30min形成乳白色、粘弹态乳液，静止至体系成微流动/半流动体，制得凝胶乳液。
4)凝胶乳液的聚合
将制备好的凝胶乳液体系在室温下静止放置约10～30min，放入油浴中聚合，升温程序为：升温至40℃聚合4h，升温至70℃聚合8h，再升温至100℃聚合4h。待聚合完成后，体系自然降至室温。材料取出后在50℃烘箱内干燥，得到一种保形较好、孔径丰富、疏水的材料。
实施例7
1)合成化合物Ⅰ
将0.1mol胆固醇和0.3molBoc-D-苯丙氨酸溶于250mL二氯甲烷中，冰水浴下搅拌使其溶解，加入0.3mol DCC和0.06mol DMAP，混合溶液冰水浴反应6h，然后室温反应20h，将所得混合物过滤，得到淡黄色滤液；滤液在搅拌条件下通入干燥的HCl气体，直至体系不再有白色沉淀生成时，停止通气，抽滤，真空干燥，得到粉末状化合物Ⅰ。
2)合成化合物Ⅱ
将0.1mol化合物Ⅰ溶于200mL四氢呋喃中，加入0.3mol三乙胺，加热回流6h，冷却至室温；将溶有0.07mol亚甲基双(4-苯基异氰酸酯)的100mL四氢呋喃溶液通过恒压滴液漏斗，以(1～2)滴/秒的速度滴入上述混合溶液中，室温条件下搅拌22h，抽滤，真空干燥，得到白色粉末状化合物Ⅱ。
3)凝胶乳液的制备
以质量百分比计，各组分的配比为：稳定剂0.2％，油相9.8％，水相90％。其中，油相各组分为：苯乙烯4％、丙烯腈1.6％、甲基丙烯酸叔丁酯1％，二乙烯基苯1％，沉淀二氧化硅1％，过氧化二异丙苯0.2％，有机硅氧烷1％；水相为质量分数2％的CaCl2水溶液。
室温条件下，将稳定剂溶于油相混合体系，震荡/搅拌10～20min形成均匀的混合溶液，将水相快速加入，震荡/搅拌10～30min形成乳白色、粘弹态乳液，静止至体系成微流动/半流动体，制得凝胶乳液。
4)凝胶乳液的聚合
将制备好的凝胶乳液体系在室温下静止放置约10～30min，放入油浴中聚合，升温程序为：升温至50℃聚合4h，升温至90℃聚合10h，再升温至120℃聚合4h。待聚合完成后，体系自然降至室温。材料取出后在50℃烘箱内干燥，得到一种保形较好、孔径丰富、疏水的材料。
实施例8
1)合成化合物Ⅰ
0.1mol胆固醇和0.2molBoc-D-苯丙氨酸溶于250mL二氯甲烷中，冰水浴下搅拌使其溶解，加入0.2mol DCC和0.04mol DMAP，混合溶液冰水浴反应4h，然后室温反应18h，将所得混合物过滤，得到淡黄色滤液；滤液在搅拌条件下通入干燥的HCl气体，直至体系不再有白色沉淀生成时，停止通气，抽滤，真空干燥，得到粉末状化合物Ⅰ。
2)合成化合物Ⅱ
将0.1mol化合物Ⅰ溶于200mL四氢呋喃中，加入0.2mol三乙胺，加热回流4h，冷却至室温；将溶有0.06mol亚甲基双(4-苯基异氰酸酯)的100mL四氢呋喃溶液通过恒压滴液漏斗，以(1～2)滴/秒的速度滴入上述混合溶液中，室温条件下搅拌20h，抽滤，真空干燥，得到白色粉末状化合物Ⅱ。
3)凝胶乳液的制备
以质量百分比计，各组分的配比为：稳定剂0.1％，油相4.7％，水相95.2％。其中，油相各组分为：甲基丙烯酸甲酯2％、甲基丙烯酸叔丁酯0.8％，二甲基丙烯酸乙二醇酯1％，有机膨润土0.5％，偶氮二异丁腈0.1％，有机硅氧烷0.3％；水相为质量分数1.5％的NaCl水溶液。
室温条件下，将稳定剂溶于油相混合体系，震荡/搅拌10～20min形成均匀的混合溶液，将水相快速加入，震荡/搅拌10～30min形成乳白色、粘弹态乳液，静止至体系成微流动/半流动体，制得凝胶乳液。
4)凝胶乳液的聚合
将制备好的凝胶乳液体系在室温下静止放置约10～30min，放入油浴中聚合，升温程序为：升温至45℃聚合4h，升温至70℃聚合10h，再升温至90℃聚合4h。待聚合完成后，体系自然降至室温。材料取出后在50℃烘箱内干燥，得到一种保形较好、孔径丰富、疏水的材料。
本发明的有机气凝胶材料能够吸收VOCs、吸附PM2.5或/和吸附PM10，下述主要以实施例3得到的有机气凝胶作为空气净化材料处理甲醛或PM2.5污染物，其他种类VOCs的吸收与甲醛的吸收类似，PM10的吸附与PM2.5的吸附类似，利用上述实施例3得到的有机气凝胶材料作为空气净化材料的测试如下：
参见图1，图1为采用实施例3得到的有机气凝胶材料填充的过滤/吸附板，取100g本发明实施例3制备的轻质、多孔、疏水材料，采用粉碎机粉碎，筛分选择1～3mm粒径尺寸的颗粒，将其填充在长×宽×厚尺寸为36cm×26cm×1cm的蜂窝板中，制得一种新型过滤/吸附板。由图1可得，制得的过滤/吸附板外观均匀完整、无结构缺陷，填充颗粒物分散均匀，本发明的过滤/吸附板可安装在市售某空气净化器内进行PM2.5颗粒物的过滤效果测试。
参见图2，图2为不同过滤板对PM2.5颗粒物的去除效果图。三个模拟舱(尺寸均为0.9m×0.9m×1.85m)内分别点燃四根香烟作为PM2.5产生源，分别用美国DylosDC1700PM2.5空气质量检测仪检测模拟舱内PM2.5浓度变化，1号空白舱(放置无HEPA板的空气净化器)，2号对比舱(放置装有市售某品牌HEPA板的空气净化器)，3号试验舱(放置装有本发明过滤/吸附板的空气净化器)。由图可得：0～10分钟香烟持续燃烧，三个模拟舱内PM2.5浓度逐渐增加；10分钟时三个模拟舱内的香烟燃烧完，1～3号舱内PM2.5浓度分别为455微克/立方米、480微克/立方米和345微克/立方米。随后开启三个空气净化器的电源，1号空白舱内PM2.5浓度在10～50分钟内基本维持不变，最终PM2.5的平衡浓度约为500微克/立方米；2号装有市售某品牌HEPA板的对比舱内PM2.5浓度在10～18分钟时急剧下降，在18分钟时浓度仅为38微克/立方米，18～50分钟内PM2.5浓度缓慢下降，最终平衡浓度约为10微克/立方米；3号装有本发明有机气凝胶材料填充的过滤/吸附板的试验舱内PM2.5浓度在10～18分钟时也急剧下降，在18分钟时浓度仅为38微克/立方米，18～45分钟内PM2.5浓度缓慢下降，最终平衡浓度约为5微克/立方米。综合对比，本发明有机气凝胶材料填充的过滤/吸附板对PM2.5颗粒物具有优异的吸附性能，性能不低于甚至高于市售某高品质空气净化器HEPA板。
参见图3，图3为市售某HEPA板和本发明过滤/吸附板水中浸泡后的外观图，其中a为市售某HEPA板，b为本发明实施例3有机气凝胶材料填充的过滤/吸附板。由图可得：市售某HEPA板水中浸泡后变形严重，结构塌陷，完全无法再次使用；而本发明实施例3有机气凝胶材料填充的过滤/吸附板水中浸泡后结构完整，无明显破坏，并且该有机气凝胶材料为疏水材料，浸泡后经过简单的晾晒干燥即可实现重复使用。
参见图4，图4为有机气凝胶材料填充的过滤/吸附板重复6次对PM2.5颗粒物的去除效果图，其中5次重复使用的再生方式通过水洗-干燥这一方式进行。测试方法如下：选择尺寸为0.9m×0.9m×1.85m的模拟舱，在模拟舱内点燃四根香烟作为PM2.5产生源，用美国Dylos DC1700 PM2.5空气质量检测仪检测模拟舱内PM2.5浓度变化，将图1所得的过滤/吸附板安装在市售某空气净化器内，测试新型过滤/吸附板重复6次对PM2.5颗粒物的去除效果。由图可得，6组曲线PM2.5浓度趋势基本相同：0～10分钟香烟持续燃烧，模拟舱内PM2.5浓度逐渐增加；10分钟时模拟舱内的香烟燃烧完，舱内PM2.5浓度约为300～340微克/立方米；随后开启空气净化器的电源，舱内PM2.5浓度在10～20分钟内急速下降，在20分钟时PM2.5浓度仅为19～40微克/立方米；20～50分钟内PM2.5浓度缓慢下降，最终平衡浓度约为5～20微克/立方米。6组曲线的重复性非常好，表明本发明填充的新型过滤/吸附板可耐多次水洗，并且通过简单的水洗-干燥方式即能再生，水洗后过滤/吸附板对PM2.5颗粒物的去除效果几乎无影响。
综合对比图2、图3及图4的试验结果，表明本发明有机气凝胶材料填充的过滤/吸附板对PM2.5颗粒物的过滤效果不低于甚至高于市售某HEPA板，同时也弥补了市售HEPA板不能水洗再生的缺陷。
本发明一种有机气凝胶作为空气净化材料的应用，将其制成新型空气净化过滤/吸附板，有效解决了市面上HEPA过滤板饱和后不可水洗、再生困难、使用寿命短、更换成本高等诸多问题。
参见图5，图5为实施例3得到的有机气凝胶材料对甲醛及VOCs的吸收性能曲线，分别将制备得到的有机气凝胶材料置于含有甲醛、香蕉水、甲苯的密封环境中。由图可得：吸收4天，香蕉水、甲苯基本达到饱和状态，其最大吸收量分别为120毫克/克和200毫克/克；甲醛在吸收6.5天时，吸收量可达560毫克/克。由吸收曲线得，继续延长吸收时间，其最大吸收量仍会增加，表明制备的有机气凝胶材料可有效吸收环境中存在的有毒有害VOCs气体。
参见表1，表1为市售高性能活性炭(比表面积800～1000m2/g)与实施例3有机气凝胶材料的吸潮增重百分比。每种样品分别选择三组平行试样(各100g)，依据国标QB/T2761-2006《室内空气净化产品净化效果测定方法标准》，将模拟舱内环境条件调整为温度23±2℃、湿度50％±5％，各个样品均放置24h，计算样品的吸潮增重百分比。由表1所得，市售高性能活性炭24h在此条件下的吸潮增重百分比分别为6.82％、6.18％、6.76％，平均值为6.59％；本发明制得的有机气凝胶材料24h的吸潮增重百分比分别为0.14％、0.12％、0.13％，平均值为0.13％，该平均值仅为市售活性炭的1/51，表明本发明制备的有机气凝胶材料具有优异的疏水性，有效弥补了市售活性炭在高湿环境下易吸潮的缺陷。
表1市售高性能活性炭与实施例3有机气凝胶材料的吸潮增重百分比
参见表2，表2为江苏微谱检测技术有限公司对实施例3有机气凝胶材料水洗-干燥重复4次质量损耗率测试数据，本发明制备的有机气凝胶材料具有优异的疏水性，可通过水洗-干燥这一简单、易操作的再生方式进行处理，其中干燥条件选择60℃、干燥7h即可实现。由表2数据可得：本发明有机气凝胶材料在水洗-干燥循环4次的过程中质量损耗率很小，可耐多次水洗涤，表明有机气凝胶材料具有优异的水洗-耐磨损性能和重复使用性。
表2江苏微谱检测技术有限公司对实施例3有机气凝胶材料水洗-干燥重复4次质量损耗率测试数据
参见表3，表3为江苏微谱检测技术有限公司对实施例3有机气凝胶材料重复4次甲醛去除率测试数据，本发明的有机气凝胶材料可选择水洗-干燥方式进行再生。测试依据国标QB/T 2761-2006《室内空气净化产品净化效果测定方法标准》，在1.5m3标准试验舱中，注入一定量的甲醛污染物，放入200g被测样品，作用一定时间后测定样品舱内甲醛浓度变化，同时以另一试验舱作为对比空白舱，根据样品舱和空白舱终止浓度计算样品的甲醛去除率。由表3可得，本发明的有机气凝胶材料吸收甲醛后可采用简单的水洗-干燥方式进行再生，完全满足家庭环境再生方式简单、操作简易等要求，同时再生处理后有机气凝胶材料的甲醛去除率依此为51.1％、56.3％、59.6％、62.8％，重复使用多次甲醛去除率没有下降，在一定程度上还有提升，保证了有机气凝胶材料的高效使用效果。
表3江苏微谱检测技术有限公司对实施例3有机气凝胶材料水洗-干燥重复4次甲醛去除率测试数据
参见表4，表4为广东出入境检验检疫局检验检疫技术中心对实施例3有机气凝胶材料进行皮肤刺激测试数据，测试依据国标GB/T 21604-2008《化学品急性皮肤刺激/腐蚀性试验方法》进行。试验结果表明：各测试时点均未观察到该测试物对家兔皮肤造成红斑、水肿刺激反应，24h、48h和72h各观察时点最高总分均值为0，根据皮肤刺激强度分级标准，该受试物对家兔皮肤刺激性为无刺激性反应，可作为一种与人体接触等家装场合用空气净化材料。
表4广东出入境检验检疫局检验检疫技术中心对实施例3有机气凝胶材料进行的皮肤刺激测试数据
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种有机气凝胶作为空气净化材料的应用，其特征在于，用于吸收VOCs、吸附PM2.5或/和吸附PM10。
2.根据权利要求1所述的有机气凝胶作为空气净化材料的应用，其特征在于，所述有机气凝胶由以下制备方法制备得到：
1)凝胶乳液的制备
将小分子胶凝剂加入油相体系中，搅拌形成混合溶液，将水相加入所述混合溶液内，搅拌形成乳白色、粘弹态的乳液，静止至乳液为微流动或半流动状，制得凝胶乳液；
以质量百分比计，各组分的配比为：0.1％～0.5％的小分子胶凝剂，4.7％～22.5％的油相，77％～95.2％的水相；其中，油相体系由2.8％～10％的可聚合单体、1％～5％的交联剂、0.5％～4％的触变剂、0.1％～0.5％的引发剂以及0.3％～3％的增韧剂混合而成；
所述小分子胶凝剂为
2)凝胶乳液的聚合
将凝胶乳液在室温～50℃聚合4～8h，升温至50～90℃，聚合4～12h，再升温至90～120℃，聚合4～8h；干燥后得到有机气凝胶。
3.根据权利要求1所述的有机气凝胶作为空气净化材料的应用，其特征在于，所述有机气凝胶作为空气净化材料经溶剂处理后能够重复使用。
4.根据权利要求3所述的有机气凝胶作为空气净化材料的应用，其特征在于，所述溶剂为水。
5.根据权利要求1所述的有机气凝胶作为空气净化材料的应用，其特征在于，所述有机气凝胶为疏水性材料。
6.根据权利要求1所述的有机气凝胶作为空气净化材料的应用，其特征在于，所述有机气凝胶作为空调滤芯的净化材料。
7.根据权利要求1所述的有机气凝胶作为空气净化材料的应用，其特征在于，所述有机气凝胶作为空气净化器滤芯的净化材料。
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