[發明專利]一種制備介孔二氧化硅材料的方法

有效

• 申請號: 201010283412.2
• 申請日: 2010-09-16
• 公開（公告）號: CN101973554A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發明（設計）人: 馬文會;朱文杰;謝克強;楊斌;周陽;魏奎先;秦博;劉大春;徐林娜;劉永成;徐寶強;伍繼君;戴永年
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C01B33/12
• 分類號: C01B33/12
• 代理公司: 昆明正原專利代理有限責任公司 53100
• 代理人: 徐玲菊

技術領域

本發明涉及一種制備介孔二氧化硅材料的方法，尤其是一種利用含二氧化硅的原料，經過水熱或微波合成技術制備介孔二氧化硅材料的方法。

背景技術

孔直徑在2～50nm范圍內的介孔材料，其優越性在于：具有均一且可調的介孔孔徑和穩定的骨架結構；具有一定壁厚且易于摻雜的無定形骨架；具有表面積大(約幾百至上千m²/g)、且可修飾的內表面(改性、摻雜)；有利于反應物的擴散。介孔結構材料大大超過了常規多孔材料(孔徑＜1.5nm)的孔徑范圍且穩定性好，其研究對能源環境、催化、膜分離技術以及分子工程等方面均有意義。近年來，介孔二氧化硅材料在合成與制備、催化、納米材料裝載、電磁干涉屏蔽和吸附性能方面的研究都備受矚目。眾多研究結果表明，介孔二氧化硅材料具有很好的熱穩定性和水熱穩定性，孔徑可調，容易摻雜、修飾及擴展到其他化學組成，是用于水處理、催化和電磁屏蔽等領域理想的多孔(介孔)材料。因此，研究介孔二氧化硅材料具有重要的應用價值。但是介孔SiO₂的合成，通常以價格昂貴的正硅酸乙酯(TEOS)或價格適中的硅溶膠為硅源，且常用的TEOS中SiO₂質量含量僅為28％，而硅溶膠中SiO₂質量含量最高也僅為40％左右，因此尋找其替代材料也是該材料研究的方向之一。

另一方面，我國是世界上最大的水稻種植國家，據農業部的統計，2005年我國稻谷產量18059萬噸，稻殼通常占稻谷的20％，照此計算，稻殼3600多萬噸，稻殼資源十分豐富，是一種量大價廉的可再生資源。稻殼的著火性能較好，且不含硫和重金屬，燃燒時對環境的污染比煤要小得多。稻殼的可燃成分在70％以上，其熱值為12.5～14.6MJ/kg，大約是煤的1/2，因此稻殼用于能源發電無疑是稻殼最具前景的用途。但稻殼發電存在的主要問題就是會產生大量的稻殼灰。由于稻殼灰中含有大量無定形二氧化硅和無定形碳，所占比例分別為SiO₂：66.5％左右、碳：30％左右，具有較高的反應活性，且保持了稻殼的多孔層狀結構，因此，是一種制備介孔二氧化硅材料的理想原料。

微硅粉是在冶煉硅鐵和工業硅時，通過煙道排出的硅蒸汽氧化后，經專用收塵器收集得到的無定形且呈粉末狀的二氧化硅(SiO₂)。微硅粉平均粒徑在0.1～0.15μm，為水泥平均粒徑的幾百分之一，比表面積為15～27m²/g，具有極強的表面活性，也是一種制備介孔二氧化硅材料的理想原料。

發明內容

本發明的目的在于提供一種以生物發電廠的稻殼灰、冶煉企業的含SiO₂煙塵、冶金硅廠的微硅粉和天然硅藻土礦物為原料，制備介孔二氧化硅材料的方法。

本發明通過下列技術方案實現：一種制備介孔二氧化硅材料的方法，其特征在于以生物發電廠的稻殼灰、冶煉企業的含SiO₂煙塵、冶金硅廠的微硅粉及天然硅藻土礦物中的一種或幾種為原料，經過下列步驟：

A.將原料磨細至粒徑小于200目，以提高原料的比表面積從而提高其反應活性；

B.按原料∶鹽酸溶液＝1∶4～6的質量比，在步驟A所得的磨細原料中加入摩爾濃度為0.5～4mol/L的鹽酸溶液，在40～60℃溫度下攪拌處理2～4小時，過濾，分離出中間原料及酸浸液；

C.將步驟B所得的中間原料用水洗滌至中性，過濾、烘干；

D.按中間原料∶NaOH∶結構導向劑∶H₂O＝1∶0.2～0.5∶0.05～0.2∶150～200的摩爾比，在步驟C所得的中性干燥的中間原料中加入氫氧化鈉、結構導向劑、水，混合攪拌8～24小時；

E.將步驟D的混合溶液進行水熱合成或者微波合成后，調整合成液pH為10～12；

F.將步驟E的合成液烘干后，于400～800℃下焙燒2～5小時，脫除結構導向劑，冷卻后即得到介孔二氧化硅材料。

所述結構導向劑為陽離子表面活性劑和/或非離子表面活性劑，具體種類的選擇及混合比，視終產品的要求具體確定。

所述結構導向劑為陽離子表面活性劑和非離子表面活性劑及有機輔助劑，且有機輔助劑∶陽離子表面活性劑與非離子表面活性劑之和＝0.1～0.3∶1的摩爾比，其中陽離子表面活性劑與非離子表面活性劑的混合比視終產品的要求具體確定。

所述陽離子表面活性劑優選十六烷基三甲基溴化銨。

所述非離子表面活性劑優選聚乙二醇辛基苯基醚。

所述有機輔助劑優選乙醇或三乙醇胺。