CN114261986B - 气凝胶材料的制备方法及气凝胶材料的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种气凝胶材料的制备方法及气凝胶材料的应用，所述气凝胶材料的制备方法包括以下步骤：将钛源分散在第一溶剂中，获得第一分散溶液；将硅源分散在第二溶剂中，获得第二分散溶液；混合所述第一分散溶液和所述第二分散溶液，得到凝胶；将所述凝胶老化处理，获得老化凝胶；向所述老化凝胶内添加催化剂，并在60～80℃下加热，获得改性凝胶；将所述改性凝胶干燥处理，获得气凝胶材料。本发明旨在提供一种制备方法，以制备出一种的具有性能优异，绿色生态，抗菌防霉，环境友好，同时具有净化功能，能够产生对周围环境有益的负离子的气凝胶材料。

Description

气凝胶材料的制备方法及气凝胶材料的应用

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种气凝胶材料的制备方法及气凝胶材料的应用。

背景技术

在建筑基材领域的实际应用领域中，建筑涂料既可以相对增加建筑物的持久防护能力，也可以满足建筑设计美感造型的需要，另一方面，随着人民生活条件的改善和追求环保健康生活理念，功能型水性建筑涂料以其生态环保、健康安全、不燃不爆、挥发性有机物极少等优点，越来越受到消费者喜爱。这些领域又对建筑涂料的品种和性能、配套和施工提出了更高、更新的要求，进而推动了传统型品种的改进提高和高性能品种的开发和应用。装修材料的使用不当所引起的室内空气污染的问题也日趋严重，最为常见的有毒气体包括甲醛、苯系物、氨气、氡气以及挥发性有机物(VOCs)等，这几种有毒气体和有害物质被称为居室装修的“5大隐形杀手”。其中，甲醛对人体的危害最为严重，被世界卫生组确认为致癌和致畸性物质，是公认的有害反应源，也是潜在的强致突变物之一。

多功能建筑涂料作为特种功能型建筑材料之一，更成为建筑防腐材料发展的热点。光催化剂产生的负离子对人体保持精力充沛以及对人类居住环境的改善有极大的帮助作用，其具有消除甲醛、净化空气，调节湿度、释放负离子、防火阻燃、墙面自洁、杀菌除臭等功能，用来替代传统的墙纸和乳胶漆，有着广泛的应用。但现有负离子建筑涂料技术只能吸附甲醛等有害物质，吸附在墙体内部的有害物质在温度、湿度适合的情况下仍会排出，不能彻底地清除，同时现有负离子建筑涂料还存在防霉性差、抗菌性差、低温稳定性差、耐碱性差等问题。其中，负离子粉具有不受盐酸侵蚀、压电性和热电性、极性较低、结晶习性等特殊性质，而在工业生产和搅拌分散等加工过程中，随着分散的过程产生微粒变化，不同均聚物的特性结合在一起，各种介质贯通吸附，负离子粉无法避免静电排斥和空间位阻的双重相互缠绕的弊病，尤其在水液基系统制备过程中，仍然保持原有的矿物的形貌特征和性质，颗粒表面结合力不强，容易从粒子表面解吸附，极难稳定存在，导致均聚物系统其它复合材料，包括颜料填料矿物粉体等粒子重新絮凝，干扰制造的正常进行以及产品的质量，且存在难以激发粉体自身的特有的自由离子、不纯物离子和离子性物质等缺点。

对于目前传统型建筑涂料，也还存在很多问题，如含有大量的溶剂、VOC等有毒挥发物质，更重要的是存在着乳化剂、分子游离和聚合残留物，这些均对环境水源、生物植物和人体健康有着极大的伤害风险。尤其在生产和使用过程中释放出有毒的甲醛、挥发性有机物等，造成空气污染，人体健康，在施工过程中挥发造成对环境的污染严重，且成本较高。

因此，如何制备一种具有性能优异，绿色生态，抗菌防霉，环境友好，同时具有森林净化功能，能够产生对周围环境有益的负离子是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种气凝胶材料的制备方法及气凝胶材料粉体在制备建筑材料中的应用，旨在制备出一种的具有性能优异，绿色生态，抗菌防霉，环境友好，同时具有净化功能，能够产生对周围环境有益的负离子的气凝胶材料。

为实现上述目的，本发明提出的一种气凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：

将钛源分散在第一溶剂中，获得第一分散溶液；

将硅源分散在第二溶剂中，获得第二分散溶液；

混合所述第一分散溶液和所述第二分散溶液，得到凝胶；

将所述凝胶老化处理，获得老化凝胶；

向所述老化凝胶内添加催化剂，并在60～80℃下加热，获得改性凝胶；

将所述改性凝胶干燥处理，获得气凝胶材料。

可选地，将钛源分散在第一溶剂中，获得第一分散溶液包括：将钛源、第一表面活性剂和第一溶剂混合，再进行超声波处理，获得第一分散溶液。

可选地，每0.01～50g的所述钛源对应加入50～100ml的所述第一溶剂；和/或，

每0.01～50g的所述钛源对应加入的所述第一表面活性剂的量不高于10g；和/或，

所述钛源包括氯化钛、钛酸铁、硫酸氧钛、钛酸四丁酯中的至少一种；和/或，

所述第一表面活性剂包括木质素磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、柠檬酸、乙二酸、L-半胱氨酸、乙二胺四乙酸二钠、月桂酰基谷氨酸、十八烷基硫酸钠及脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的至少一种；和/或，

所述第一溶剂包括水、环己烷、乙醇及丙酮中的至少一种。

可选地，将硅源分散在第二溶剂中，获得第二分散溶液的步骤包括：将硅源、第二表面活性剂和第二溶剂混合，搅拌均匀后，再加入PH调节剂，获得第二分散溶液；其中，所述钛源和所述PH调节剂的摩尔比不低于0.25。

可选地，每0.01～30g的所述硅源对应加入20～50ml的所述第二溶剂；和/或，

每0.01～30g的所述硅源对应加入的所述第二表面活性剂的量不高于10g；和/或，

所述硅源包括正硅酸四乙酯、聚二甲基硅氧烷、甲基三甲氧基硅烷、六甲基二硅氧烷、甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基三氟丙基硅油、甲基乙烯基硅油、甲基羟基硅油、乙基含氢硅油、羟基含氢硅油、含氰硅油中的至少一种；和/或，

所述第二表面活性剂包括木质素磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、柠檬酸、乙二酸、L-半胱氨酸、乙二胺四乙酸二钠、月桂酰基谷氨酸、十八烷基硫酸钠及脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的至少一种；和/或，

所述第二溶剂包括水、环己烷、乙醇及丙酮中的至少一种；和/或，

所述PH调节剂包括氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化钙溶液、氢氧化钡溶液、碳酸钾溶液、碳酸钠溶液、氨水中的至少一种。

可选地，所述钛源和所述硅源的摩尔比不低于2。

可选地，混合所述第一分散溶液和所述第二分散溶液，得到凝胶的步骤包括：将所述第一分散溶液置于5～100℃的条件下，向所述第一分散溶液中加入所述第二分散溶液，得到凝胶，其中，所述第二分散溶液的滴加速度为0.1～5ml/s。

可选地，所述催化剂包括酸的乙醇溶液。

可选地，所述酸包括高氯酸、氢碘酸、硫酸、氢溴酸、盐酸、硝酸、碘酸、草酸、亚硫酸、磷酸、丙酮酸、亚硝酸、碳酸、柠檬酸、氢氟酸、苹果酸、葡萄糖酸、甲酸、乳酸、苯甲酸、丙烯酸、乙酸、丙酸、硬脂酸、氢硫酸、次氯酸、硼酸中的至少一种；和/或，

所述酸的乙醇溶液中酸的浓度为1～5mol/L。

本发明还提供了一种气凝胶材料在制备建筑材料中的应用，所述气凝胶材料粉体由如上文所述的气凝胶材料的制备方法制得。

本发明的技术方案中，首先将钛源分散在第一溶剂中，获得第一分散液，然后再将硅源分散在第二溶剂中，获得第二分散液，制备第一分散液和第二分散液的目的是为了保证在将第一分散液和第二分散液混合时，钛源和硅源充分接触，迅速产生凝胶，避免钛源团聚，影响制备的气凝胶材料的质量；此外，本制备方法制备的气凝胶无需洗涤分离等操作，简化步骤的同时，能够有效的降低成本，第一溶剂和第二溶剂在加热的过程中可以回收重复利用，不存在废液处理的过程，有利于保护环境，降低制造成本；在获得老化凝胶和改性凝胶的制备步骤中，均在空气中操作，不需要通入保护气体，工艺步骤更加简单安全；通过本制备方法制备的气凝胶材料，能够释放对周围环境有益的负离子，持续消除周围环境中的有机污染物，净化周围环境，同时兼具吸附捕捉与光催化降解性能，具有绿色环保、天然无味、防霉抗菌、生态效果显著且持久的性能；此外，本制备方法制备过程简单，原料成本低，易于批量生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明提供的气凝胶材料的一实施例的流程示意图；

图2为实施例1制备的气凝胶材料在光学显微镜下的图像显示图；

图3为实施例1制备的气凝胶材料的疏水角度测试图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。此外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有传统型建筑涂料含有大量的溶剂、VOC等有毒挥发物质，更重要的是存在着乳化剂、分子游离和聚合残留物，这些均对环境水源、生物植物和人体健康有着极大的伤害风险；而现有新型的多功能建筑涂料存在制造过程复杂稳定性差，制造加工时间长的问题。

鉴于此，本发明提供一种气凝胶材料的制备方法，通过该制备方法制备出来的气凝胶，性能优异，绿色生态，抗菌防霉，环境友好，同时具有森林净化功能，能够产生对周围环境有益的负离子，吸附环境中的有害分子；结合图1所示的气凝胶材料的制备方法的一实施例的流程示意图，所述气凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤S10、将钛源分散在第一溶剂中，获得第一分散溶液；

在本实施例中，首先将钛源、第一表面活性剂和第一溶剂混合，再进行超声波处理，获得第一分散溶液。加入第一表面活性剂的作用是为了避免钛源在分散在第一溶剂中时团聚，同时第一表面活性剂能够溶解在第一溶剂中，在后续的加热步骤中，第一表面活性剂能够和第一溶剂一起被蒸发，如此一来避免能够有效的避免杂质的产生，同时也保证了制备的气凝胶材料具备良好的分散性。同时，需要说明的是，在后续的加热处理过程中，操作人员可以根据实际操作情况，对蒸发的气体进行回收再次利用，一方面能够节省成本，提高资源的利用率，另外一方面还能够省去废液处理工序，保护环境，节省成本。

需要说明的是，钛源、第一溶剂和第一表面活性剂的添加的量也会对钛源的分散造成影响；因此，在第一分散溶液中，每0.01～50g的钛源对应加入50～100ml的第一溶剂，同时，每0.01～50g的钛源对应加入0～10g的第一表面活性剂；在优选的实施例中，每0.1～30g的钛源对应加入20～50ml的第一溶剂，同时，每0.1～30g的钛源还需要对应加入0～8g的第一表面活性剂；通过控制钛源、第一溶剂和第一表面活性剂的量，一方面能够使得钛源和第一表面活性剂能够充分的分散在第一溶剂中，充分的利用原材料，减少资源的浪费；另外一方面，当第一溶剂挥发时，钛源能够均匀地分散在第一表面活性剂的表面上，避免了钛源团聚，从而保证了钛源良好的分散性和较高出纯度。

需要说明的是在本发明中选择的钛源中的钛均是+4价，+4价的钛即可是离子化合物，又可以是共价化合物；因此，钛源的具体类型不做限定，可以是氯化钛或者钛酸铁或者硫酸氧钛或者钛酸四丁酯，可以是氯化钛和钛酸铁的混合物；还可以是氯化钛、钛酸铁、硫酸氧钛和钛酸四丁酯的混合物；具体地，在优先实施例中，钛源选择硫酸氧钛和钛酸四丁酯，硫酸氧钛和钛酸四丁酯能够充分的溶解在第一溶剂中，并且当第一溶剂挥发后，钛源能够均匀地分散在第一表面活性剂中。

进一步地，在选择第一溶剂时，一方面需要考虑到与钛源的兼容性，在分散的过程中，需要保证钛源能够均匀地分散在第一溶剂中，另外一方面还需要考虑到不能够引入新的杂质，同时也不能够与钛源进行反应；因此，在本实施例中，第一溶剂可以是水，可以是环己烷，可以是乙醇，还可以是丙酮；此外，为了减少杂质，在一实施例中，第一溶剂选择为水时，优先去离子水；在另外一实施例中，第一溶剂选择为乙醇时，优选无水乙醇；同时，需要说明的是，在将钛源分散在第一溶剂时，可以选择不同的第一溶剂进行分散，然后再将所有分散完成的钛源分散液收集，获得第一混合液，在又一实施例中，将钛源分成同等重量的两份，将第一份钛源分散在去离子水中，获得第一分散液，将第二份钛源分散在无水乙醇中，获得第二分散液，将第一分散液和第二分散液混合从而获得第一分散溶液。如此一来，能够有效的防止钛源团聚，使得钛源能够更加均匀地分散在第一溶剂中。

同样的，在考虑选择第一表面活性剂时，一方面需要考虑钛源与第一表面活性剂的相容性，另外一方面需要考虑钛源不能够与第一表面活性剂反应产生杂质；具体地，第一表面活性剂可以选择木质素磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、柠檬酸、乙二酸、L-半胱氨酸、乙二胺四乙酸二钠、月桂酰基谷氨酸、十八烷基硫酸钠及脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的至少一种；作为优先实施例，第一表面活性剂选择为木质素磺酸盐、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、柠檬酸、乙二酸、L-半胱氨酸、乙二胺四乙酸二钠及月桂酰基谷氨酸中的至少一种；具体地，在一实施例中，分别取得木质素磺酸盐、十六烷基三甲基溴化铵和L-半胱氨酸，然后将钛源分成三份，将第一份钛源加入木质素磺酸盐，将第二份钛源加入十六烷基三甲基溴化铵中，将第三份钛源加入L-半胱氨酸，然后再将三份溶液混合，从而获得第一分散溶液。选择不同的第一表面活性剂的目的是为了使得钛源能够更加均匀地分散在第一表面活性剂上，从而保证钛源具有良好的分散性和较高的纯度。

步骤S20、将硅源分散在第二溶剂中，获得第二分散溶液；

具体地，硅源的的具体类型不做限定，只要能够提供硅元素即可，因此，硅源可以选择正硅酸四乙酯、聚二甲基硅氧烷、甲基三甲氧基硅烷、六甲基二硅氧烷、甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基三氟丙基硅油、甲基乙烯基硅油、甲基羟基硅油、乙基含氢硅油、羟基含氢硅油、含氰硅油中的至少一种；在一实施例中，硅源选择为正硅酸四乙酯；在另外一实施例中，硅源选择为聚二甲基硅氧烷；在又一实施例中，硅源选择为聚二甲基硅氧烷和正硅酸四乙酯的混合物。

需要说明的是，在选择第二溶剂时，一方面需要考虑到与硅源的兼容性，在分散的过程中，需要保证硅源能够均匀地分散在第二溶剂中，另外一方面还需要考虑到不能够引入新的杂质，同时也不能够与硅源进行反应；因此，在本实施例中，第二溶剂可以是水，可以是环己烷，可以是乙醇，还可以是丙酮；此外，为了减少杂质，在一实施例中，第二溶剂选择为水时，优先选择去离子水；在另外一实施例中，第二溶剂选择为乙醇时，优选选择无水乙醇；同时，需要说明的是，在将硅源分散在第二溶剂时，可以选择不同的第二溶剂进行分散，然后再将所有分散完成的硅源分散液收集，获得第一混合液，在又一实施例中，将硅源分成同等重量的两份，将第一份硅源分散在去离子水中，获得第三分散液，将第二份硅源分散在无水乙醇中，获得第四分散液，将第三分散液和第四分散液混合从而获得第二分散溶液。如此一来，能够有效的防止硅源团聚，使得硅源能够更加均匀地分散在第二溶剂中。

进一步地，为了使得硅源能够更加均匀地分散在第二溶剂中，本实施例中，在进行步骤S20时，具体包括：将硅源、第二表面活性剂和第二溶剂混合，搅拌均匀后，再加入PH调节剂，获得第二分散溶液；其中，所述钛源和所述PH调节剂的摩尔比不低于0.25。加入第二表面活性剂的目的是为了为了避免硅源在分散在第二溶剂中时团聚，同时第二表面活性剂能够溶解在第二溶剂中，在后续的加热步骤中，第二表面活性剂能够和第二溶剂一起被蒸发，如此一来能够有效的避免杂质的产生，同时也保证了制备的气凝胶材料具备良好的分散性。加入PH调节剂的目的是为了保证在后续的步骤中，当第二溶剂挥发时，PH调节剂能够均匀分散与第二表面活性剂，避免了硅源团聚，保证了硅源具有良好的分散性和较高的纯度。

进一步地，在考虑选择第二表面活性剂时，一方面需要考虑硅源与第二表面活性剂的相容性，另外一方面需要考虑硅源不能够与第二表面活性剂反应产生杂质；具体地，第二表面活性剂可以选择木质素磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、柠檬酸、乙二酸、L-半胱氨酸、乙二胺四乙酸二钠、月桂酰基谷氨酸、十八烷基硫酸钠及脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的至少一种；作为优先实施例，第二表面活性剂选择为木质素磺酸盐、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、柠檬酸、乙二酸、L-半胱氨酸、乙二胺四乙酸二钠及月桂酰基谷氨酸中的至少一种；具体地，在一实施例中，分别取得木质素磺酸盐、十六烷基三甲基溴化铵和L-半胱氨酸，然后将硅源分成三份，将第一份硅源加入木质素磺酸盐，将第二份硅源加入十六烷基三甲基溴化铵中，将第三份硅源加入L-半胱氨酸，然后再将三份溶液混合，从而获得第一分散溶液。选择不同的第二表面活性剂的目的是为了使得硅源能够更加均匀地分散在第二表面活性剂上，从而保证硅源具有良好的分散性和较高的纯度。

此外，PH调节剂选择为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化钙溶液、氢氧化钡溶液、碳酸钾溶液、碳酸钠溶液、氨水中的至少一种。在一实施例中，PH调节剂选择为氢氧化钠溶液；在另外一实施例中，PH调节剂选择为为氢氧化钠溶液和氢氧化钾溶液的混合溶液。

进一步地，PH调节剂的用量也会影响到最终制备的气凝胶材料的纯度，因此，在本实施例中，需要控制钛源和PH调节剂的摩尔比不低于0.25；作为优选的实施例中，钛源和PH调节剂的摩尔比为1:0.32；需要说明的是，当钛源和PH调节剂的摩尔比过小时，钛源的含量不足，导致杂质相的生成，最终制备的气凝胶材料不符合要求；当钛源和PH调节剂的摩尔比过大时，PH调节剂的含量不足，导致钛源无法均匀分散，团聚成团。

此外，硅源、第二溶剂和第二表面活性剂的添加的量也会对硅源的分散造成影响；因此，在第二分散溶液中，每0.01～30g的所述硅源对应加入20～50ml的所述第一溶剂；同时，每0.01～30g的所述硅源对应加入0～10g的所述第一表面活性剂；在优选的实施例中，每0.1～30g的硅源对应加入20～50ml的第二溶剂，同时，每0.1～30g的硅源还需要对应加入0～8g的第二表面活性剂；通过控制硅源、第二溶剂和第二表面活性剂的量，一方面能够使得硅源和第二表面活性剂能够充分的分散在第二溶剂中，充分的利用原材料，减少资源的浪费；另外一方面，当第二溶剂挥发时，硅源能够均匀地分散在第二表面活性剂的表面上，避免了硅源团聚，从而保证了硅源良好的分散性和较高出纯度。

需要说明的是，在进行步骤S10和步骤S20的操作时，第一溶剂和第二溶剂可以选择为一样的溶剂，也可以选择为不一样的溶剂，只要能够分别溶解分散钛源和硅源即可；具体地，在一实施例中，在进行步骤S10的操作时，第一溶剂选择为去离子水，在进行步骤S20的操作时，第二溶剂选择为去离子水；在另外一实施例中，在进行步骤S10的操作时，第一溶剂选择为去离子水，在进行步骤S20的操作时，第二溶剂选择为无水乙醇。

同样的，在进行步骤S10和步骤S20的操作时，第一表面活性剂和第二表面活性剂可以选择一样的活性剂，也可以选择为不一样的活性剂；具体地，在一实施例中，在进行步骤S10的操作时，第一表面活性剂选择为木质素磺酸盐，在进行步骤S20的操作时，第二表面活性剂选择为木质素磺酸盐；在另外一实施例中，在进行步骤S10的操作时，第一表面活性剂选择为木质素磺酸盐，在进行步骤S20的操作时，第二表面活性剂选择为L-半胱氨酸。

同时，在进行步骤S10和步骤S20时，钛源和硅源的摩尔比不低于2。当钛源与硅源的摩尔比过小时，钛源的含量不足，会导致杂质相的生成，影响最终制备的气凝胶材料的纯度；当钛源与硅源的摩尔比过大时，会导致硅源的含量不足，影响最终制备的气凝胶材料的分散性。

步骤S30、混合所述第一分散溶液和所述第二分散溶液，得到凝胶；

在进行步骤S30时，具体可以通过以下步骤进行操作：将所述第一分散溶液置于5～100℃的条件下，向所述第一分散溶液中加入第二分散溶液，得到凝胶，其中，所述第二分散溶液的滴加速度为0.1～5ml/s。需要说明的是，在本实施例中，钛源的含量高于高于PH调节剂的含量，为了使得PH调节剂均匀地分散于钛源，在混合第一分散溶液和第二分散溶液时，将第二分散液以0.1～5ml/s的速度递交到第一分散溶液中，具体地，滴加速度可以是1.5ml/10s，可以是0.5ml/s，可以是1ml/s，可以是1.5ml/s，可以是2ml/s，可以是2.5ml/s，可以是3ml/s，可以是3.5ml/s，可以是4ml/s，可以是4.5ml/s，还可以是5ml/s；同时在将第二分散液递交到第一分散液的过程中，搅拌第一分散液，避免钛源直接与PH调节剂反应。

同时，在添加的过程中，需要控制温度在5～100℃之间，使得第一溶剂和第二溶剂能够挥发出去。对于第一溶剂和第二溶剂的挥发方式不做限定，可以选择在真空低温的环境下进行挥发，也可以是通过高温加热的方式进行挥发，具体地，温度可以是20℃，可以是40℃，可以是60℃，可以是80℃，还可以是95℃，根据选择不同的溶剂情况采用不同的温度；在一实施例中，第一溶剂选择为去离子水，第二溶剂选择为去离子水，因此，在进行步骤S30时，将第一分散溶液置于95℃的环境下，进行操作，通过高温加热的方式让去离子水挥发；在另外一实施例中，第一溶剂选择为无水乙醇，第二溶剂选择为无水乙醇，因此，在进行步骤S30时，将第一分散溶液置于20℃的环境下，进行操作，无水乙醇在常温下即可挥发。

需要说明的是，通过步骤S30的操作，当将第二分散溶液全部加入第一分散溶液后，10s内即可完成凝胶，步骤简单，操作方便，凝胶速度快速。

步骤S40、将所述凝胶老化处理，获得老化凝胶；

在进行步骤S40时，具体可以通过以下步骤进行：将凝胶置于恒温箱内，控制恒温箱的温度在-50℃～150℃，时间为8～12h，从而获得老化凝胶，具体地，在本步骤中，获得老化凝胶的具体方式不做限定，可以通过冷冻干燥的方式获得老化凝胶，可以通过加热干燥的方式获得老化凝胶，还可以通过喷雾干燥的方式获得老化凝胶；在一实施例中，采用冷冻干燥的方式获得老化凝胶，控制恒温箱的温度为-50℃，将凝胶置于-50℃的恒温箱内8h，等待恒温箱恢复至常温后，获得老化凝胶；在另外一实施例中，采用加热干燥的方式获得老化凝胶，控制恒温箱的温度为80℃，将凝胶置于80℃的恒温箱内10h，等待恒温箱恢复至室温后，获得老化凝胶。

采用不同的干燥方式干燥凝胶，除去凝胶内的第一溶剂和第二溶剂，避免凝胶内残留有第一溶剂和第二溶剂，对后续的步骤中的催化处理等造成影响；此外，在干燥的过程，还可以设置回收装置，回收第一溶剂和第二溶剂，回收的第一溶剂和第二溶剂可以重复利用，从而能够省去废液处理步骤，如此一来，不仅能够节省制造成本，还能够保护环境，节省资源。

步骤S50、向所述老化凝胶内添加催化剂，并在60～80℃下加热，获得改性凝胶；

在进行步骤S50操作时，具体可以通过以下步骤进行：将老化凝胶置于烧杯中，然后向老化凝胶内添加催化剂和六甲基二硅氧烷，其中老化凝胶、催化剂和六甲基二硅氧烷的重量比为(0.8～1.2)：(0.8～1.2)：(0.8～1.2)；将烧杯的温度加热到60～80℃，加热0.9～1.1h获得改性凝胶。其中，添加催化剂的作用，一方面是为了加快反应速率，避免钛源、硅源团聚；另外一方面，催化剂能够防止反应的过程中破坏凝胶的完整性；此外，所述催化剂包括改性乙醇，所述改性乙醇为添加有酸的乙醇溶液。在本实施例中，老化凝胶通过酸(即催化剂)和六甲基二硅氧烷的处理后获得的改性凝胶为超亲水纳米分体，在酸(即催化剂)处理的过程中，由于正电荷的富集而产生斥力，协同反应，使得获得的改性凝胶具有较好的分散性。

更进一步地，所述酸包括高氯酸、氢碘酸、硫酸、氢溴酸、盐酸、硝酸、碘酸、草酸、亚硫酸、磷酸、丙酮酸、亚硝酸、碳酸、柠檬酸、氢氟酸、苹果酸、葡萄糖酸、甲酸、乳酸、苯甲酸、丙烯酸、乙酸、丙酸、硬脂酸、氢硫酸、次氯酸、硼酸中的至少一种；和/或，

需要说明的是，所述改性乙醇中酸的浓度为1～5mol/L。在本实施中，催化剂的制备步骤为：取25ml、1mol/L的盐酸和25ml的乙醇，再将盐酸加入乙醇中，搅拌均匀后即可获得催化剂。

步骤S60、将所述改性凝胶干燥处理，获得气凝胶材料。

在本实施例中，将改性凝胶在70～90℃的条件下，干燥处理0.9～1.2h，获得气凝胶材料。

本发明还提供了一种气凝胶材料在制备建筑材料中的应用，所述气凝胶材料粉体由气凝胶材料的制备方法制得。

需要说明的是，气凝胶材料具有抗菌防腐、自清洁且能够吸收环境中的有机污染物的作用，因此，可以将该气凝胶材料作为建筑材料的基材之一用到建筑材料中；使用的方式为，作为添加涂料，可以添加到外墙涂料中，使得外墙具有自清洁抗菌特性，也可以添加到内墙涂料中，持续释放对周围环境有益的负离子，吸收环境中的有机污染物；还可以作为抗菌因子，添加到抗菌喷剂中；又可以添加到抗菌放置纤维等高性能抗菌材料中，从而能够释放对周围环境有益的负离子，持续消除周围环境中的有机污染物，净化周围环境，同时兼具吸附捕捉与光催化降解性能，具有绿色环保、天然无味、防霉抗菌、生态效果显著且持久的性能。

以下结合具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

(1)将33.8g的四氯化钛和10g的乙二酸加入105mL去离子水中，搅拌均匀后，进行超声波处理，获得第一分散溶液；

(2)将10g的正硅酸四乙酯和1g的聚乙烯醇加入20mL去离子水中，搅拌均匀后，获得第二分散溶液；

(3)将第二分散溶液以0.5ml/s的速度滴加到第一分散液中，滴加完成后，等待10s，获得凝胶；

(4)将恒温箱调节到100℃，将凝胶置于恒温箱内，加热12h，获得老化凝胶；

(5)取10ml的改性乙醇(改性乙醇内包含有盐酸，盐酸的浓度为1mol/L)、10cm³的改性凝胶和10ml的HMDSO置于烧杯内，将烧杯加热到60℃，加热1h，获得改性凝胶；

(6)在80℃的条件下，干燥处理改性凝胶1h，获得气凝胶材料。

实施例2

(1)将33.8g的四氯化钛和10g的乙二酸加入105mL去离子水中，搅拌均匀后，进行超声波处理，获得第一分散溶液；

(2)将10g的正硅酸四乙酯和1g的聚乙烯醇加入20mL去离子水中，搅拌均匀后，获得第二分散溶液；

(3)将第二分散溶液以1ml/s的速度滴加到第一分散液中，滴加完成后，等待10s，获得凝胶；

(4)将恒温箱调节到120℃，将凝胶置于恒温箱内，加热8h，获得老化凝胶；

(5)取20ml的改性乙醇(改性乙醇内包含有硫酸，硫酸的浓度为1mol/L)、20cm³的改性凝胶和20ml的HMDSO置于烧杯内，将烧杯加热到80℃，加热0.8h，获得改性凝胶；

(6)在70℃的条件下，干燥处理改性凝胶1.2h，获得气凝胶材料。

实施例3

(1)将20g的钛酸四丁酯和10g的乙二酸加入15ml的乙醇和60ml的去离子水混合溶剂中，搅拌均匀后，进行超声波处理，获得第一分散溶液；

(2)将15g的二甲基硅油和1.5g的十二烷基磺酸钠加入20mL去离子水中，搅拌均匀后，获得第二分散溶液；

(3)将第二分散溶液以1.5ml/s的速度滴加到第一分散液中，滴加完成后，等待10s，获得凝胶；

(4)将恒温箱调节到80℃，将凝胶置于恒温箱内，加热10h，获得老化凝胶；

(5)取15ml的改性乙醇(改性乙醇内包含草酸，草酸的浓度为2mol/L)、15cm³的改性凝胶和15ml的HMDSO置于烧杯内，将烧杯加热到75℃，加热0.9h，获得改性凝胶；

(6)在90℃的条件下，干燥处理改性凝胶1h，获得气凝胶材料。

实施例4

(1)将18g的硫酸氧钛和5g的聚乙烯吡咯烷酮加入20ml的乙醇和80mL去离子水混合溶剂中，搅拌均匀后，进行超声波处理，获得第一分散溶液；

(2)将10g的正硅酸四乙酯和2g的十二烷基苯磺酸钠加入20mL去离子水中，搅拌均匀后，获得第二分散溶液；

(3)将第二分散溶液以3ml/s的速度滴加到第一分散液中，滴加完成后，等待10s，获得凝胶；

(4)将恒温箱调节到80℃，将凝胶置于恒温箱内，加热8h，获得老化凝胶；

(5)取8ml的改性乙醇(改性乙醇内包含有柠檬酸，柠檬酸的浓度为5mol/L)、8cm³的改性凝胶和8ml的HMDSO置于烧杯内，将烧杯加热到70℃，加热1h，获得改性凝胶；

(6)在70℃的条件下，干燥处理改性凝胶1.1h，获得气凝胶材料。

对比例

卓纳纳米公司研发的AP系列气凝胶粉末。

性能测试

取实施例1制备的气凝胶材料，采用光学显微镜(型号：CK-300)观察其形貌，如图2所述；采用接触角测量仪(仪器型号：SDC-200S)进行检测，如图3所述。

经过测试发现，实施例1制备的气凝胶材料的中钛源分散性良好，尺寸均一，接触角为150°疏水性较好。

采用激光粒度分析仪(型号：Microtrac S3500，美国麦奇克公司)分别检测实施例1～5制备的气凝胶材料的平均粒径，采用紫外-可见-近红外分光光度计(型号：岛津3700)分别测量实施例1～5制备的气凝胶材料的紫外光区域的吸收率，采用紫外-可见-近红外分光光度计(型号：岛津3700)测量实施例1～5制备的气凝胶材料在可见光区域的吸收率，记录结构如表1所示。

表1性能测试

由上表可知采用本发明提供的制备方法制备的气凝胶材料与对比例中卓纳纳米公司研发的AP系列气凝胶粉末相比较，本发明的制备方法制备的气凝胶材料颗粒更加精细，平均粒径均在5um左右，尺寸均一，在紫外线区域(波长200～380nm)具有强烈吸收，吸收率更加高，对于紫外线区域的吸收率可达到95％以上，同时在可见光区域(波长380-780nm)具有较高吸收率，对于可见光区域的吸收率可达到26％以上，因此采用本发明制备的气凝胶材料的性能更加好，颗粒更加精细，吸附捕捉与光催化降解性能更加优异。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种气凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将钛源分散在第一溶剂中，获得第一分散溶液；

将硅源分散在第二溶剂中，获得第二分散溶液；

混合所述第一分散溶液和所述第二分散溶液，得到凝胶；

将所述凝胶老化处理，获得老化凝胶；

向所述老化凝胶内添加催化剂和六甲基二硅氧烷，并在60~80℃下加热，获得改性凝胶；

将所述改性凝胶干燥处理，获得气凝胶材料；

其中，将钛源分散在第一溶剂中，获得第一分散溶液的步骤包括：将钛源、第一表面活性剂和第一溶剂混合，再进行超声波处理，获得第一分散溶液；每0.01~50g的所述钛源对应加入50~100mL的所述第一溶剂；每0.01~50g的所述钛源对应加入的所述第一表面活性剂的量不高于10g；

将硅源分散在第二溶剂中，获得第二分散溶液的步骤包括：将硅源、第二表面活性剂和第二溶剂混合，搅拌均匀后，再加入pH调节剂，获得第二分散溶液；其中，所述钛源和所述pH调节剂的摩尔比不低于0.25；每0.01~30g的所述硅源对应加入20~50mL的所述第二溶剂；每0.01~30g的所述硅源对应加入的所述第二表面活性剂的量不高于10g；

所述钛源包括氯化钛、硫酸氧钛、钛酸四丁酯中的至少一种；

所述第一溶剂包括水、乙醇中的至少一种；

所述硅源包括正硅酸四乙酯、聚二甲基硅氧烷、甲基三甲氧基硅烷、六甲基二硅氧烷、甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基三氟丙基硅油、甲基乙烯基硅油、甲基羟基硅油、乙基含氢硅油、羟基含氢硅油、含氰硅油中的至少一种；

所述第二溶剂包括水、乙醇中的至少一种；

所述pH调节剂包括氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化钙溶液、氢氧化钡溶液、碳酸钾溶液、碳酸钠溶液、氨水中的至少一种；

所述钛源和所述硅源的摩尔比不低于2；

所述催化剂包括酸的乙醇溶液。

2.如权利要求1所述的气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述第一表面活性剂包括木质素磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、柠檬酸、乙二酸、L-半胱氨酸、乙二胺四乙酸二钠、月桂酰基谷氨酸、十八烷基硫酸钠及脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的至少一种。

3.如权利要求1所述的气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述第二表面活性剂包括木质素磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、柠檬酸、乙二酸、L-半胱氨酸、乙二胺四乙酸二钠、月桂酰基谷氨酸、十八烷基硫酸钠及脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的至少一种。

4.如权利要求1所述的气凝胶材料的制备方法，其特征在于，混合所述第一分散溶液和所述第二分散溶液，得到凝胶的步骤包括：将所述第一分散溶液置于5~100℃的条件下，向所述第一分散溶液中加入所述第二分散溶液，得到凝胶，其中，所述第二分散溶液的滴加速度为0.1~5mL/s。

5.如权利要求1所述的气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述酸包括高氯酸、氢碘酸、硫酸、氢溴酸、盐酸、硝酸、碘酸、草酸、亚硫酸、磷酸、丙酮酸、亚硝酸、碳酸、柠檬酸、氢氟酸、苹果酸、葡萄糖酸、甲酸、乳酸、苯甲酸、丙烯酸、乙酸、丙酸、硬脂酸、氢硫酸、次氯酸、硼酸中的至少一种；和/或，

所述酸的乙醇溶液中酸的浓度为1~5mol/L。

6.一种气凝胶材料在制备建筑材料中的应用，其特征在于，所述气凝胶材料由如权利要求1至5任意一项所述的气凝胶材料的制备方法制得。