[發(fā)明專利]一種賦磁二氧化硅氣凝膠的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110082810.2
• 申請(qǐng)日: 2011-04-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102179230A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉會(huì)娟;武驍宇;曲久輝;劉銳平;蘭華春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心
• 主分類號(hào): B01J20/10
• 分類號(hào): B01J20/10;B01J20/28;B01J20/30
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 李柏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水處理材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種賦磁二氧化硅氣凝膠的制備方法。

背景技術(shù)

吸附法是常用的水處理技術(shù)之一，具有操作簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。吸附法主要是依靠具有較大比表面積和吸附容量的材料將污染物從水中分離去除，從而達(dá)到凈水之目的。優(yōu)質(zhì)的吸附材料應(yīng)具有吸附能力強(qiáng)、成本低、易回收等特點(diǎn)，它是吸附法水處理技術(shù)的核心。

硅氣凝膠是近年發(fā)展起來(lái)的一種新型輕質(zhì)納米級(jí)多孔材料，具有比表面積大、孔隙率高、密度低以及獨(dú)特的光學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)和電學(xué)性質(zhì)，在熱絕緣、光學(xué)探測(cè)、聲阻材料、催化、藥物傳輸?shù)阮I(lǐng)域已有廣泛的研究和應(yīng)用。隨著水環(huán)境問(wèn)題的日益凸顯，硅氣凝膠作為一種吸附材料應(yīng)用于水處理研究已成為許多環(huán)境科學(xué)工作者關(guān)注的熱點(diǎn)。

1931年，斯坦福大學(xué)S.S?Kistler利用溶膠-凝膠方法，通過(guò)超臨界干燥技術(shù)成功制備得到了二氧化硅氣凝膠。美國(guó)東北大學(xué)J.B.Peri在1966年利用硅酯經(jīng)一步溶膠-凝膠法制備出了氧化硅凝膠，使干燥周期大大縮短，推動(dòng)了氣凝膠研究的進(jìn)展。傳統(tǒng)的二氧化硅氣凝膠制備方法多以有機(jī)硅為原料，采用超臨界干燥方法得到硅氣凝膠產(chǎn)品，存在制備成本昂貴、工藝過(guò)程復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)的問(wèn)題。為此，應(yīng)用價(jià)格低廉的無(wú)機(jī)原料，采用常壓干燥技術(shù)得到硅氣凝膠產(chǎn)品已受到國(guó)內(nèi)外研究者們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。印度A.V.Rao等人，以水玻璃為硅源，經(jīng)過(guò)一步溶膠-凝膠、在常壓下干燥制備得到了硅氣凝膠。此方法使成本降低，并避免了超臨界干燥帶來(lái)的危險(xiǎn)，推動(dòng)了硅氣凝膠的發(fā)展。但由于所得硅氣凝膠的孔徑分布不均勻(孔徑為15～30nm)，在常壓干燥過(guò)程中由于孔隙的應(yīng)力不均而導(dǎo)致硅氣凝膠的破裂。

由于上述方法得到的硅氣凝膠密度低、粒徑小、疏水性強(qiáng)，在水處理應(yīng)用中存在以下兩個(gè)問(wèn)題：(1)無(wú)法與水中目標(biāo)污染物充分接觸；(2)吸附處理后難以實(shí)現(xiàn)固液分離。因此，開(kāi)發(fā)成本低廉、制備工藝簡(jiǎn)單且可滿足水處理工程需求的硅氣凝膠吸附劑是目前研究的難點(diǎn)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種成本低廉、易于工業(yè)化制備、具有優(yōu)良吸附污染物性能、易于固液分離的賦磁二氧化硅氣凝膠的制備方法。

本發(fā)明的賦磁二氧化硅氣凝膠的制備方法包括以下步驟：

(1)、在攪拌二價(jià)無(wú)機(jī)鐵離子溶液的條件下緩慢滴加無(wú)機(jī)堿溶液，調(diào)節(jié)二價(jià)無(wú)機(jī)鐵離子溶液的pH為10～13，反應(yīng)后得到納米級(jí)四氧化三鐵分散液；

(2)、將水玻璃用去離子水稀釋到原水玻璃體積的1～6倍，將此稀釋后的水玻璃溶液經(jīng)離子交換樹(shù)脂后，得到水溶膠；

(3)、室溫下，向步驟(2)得到的水溶膠中加入干燥控制化學(xué)添加劑，并加入步驟(1)得到的納米級(jí)四氧化三鐵分散液得到混合液，其中，所述干燥控制化學(xué)添加劑與水溶膠的體積比值為0.01～1，所述的納米級(jí)四氧化三鐵分散液與水溶膠的體積比值為0.01～10；在攪拌條件下向混合液中滴加無(wú)機(jī)堿溶液以調(diào)節(jié)所述混合溶液的pH為3～10，將得到的反應(yīng)液靜置陳化(一般靜置陳化時(shí)間為5分鐘～72小時(shí))后獲得濕凝膠；

(4)、室溫下，將步驟(3)得到的濕凝膠與改性劑、醇和正己烷混合反應(yīng)10～40小時(shí)，其中：濕凝膠∶改性劑∶醇∶正己烷的體積比為1∶(1～10)∶(0.5～10)∶(1～10)；然后用正己烷反復(fù)洗滌反應(yīng)產(chǎn)物(一般洗滌2～10次)；取出濕凝膠，放置風(fēng)干后，常壓干燥，得到所述的賦磁二氧化硅氣凝膠。

本發(fā)明制備的賦磁二氧化硅氣凝膠為納米級(jí)多孔材料，所述孔的平均孔徑為3～5nm。所述的賦磁二氧化硅氣凝膠具有的飽和磁化強(qiáng)度為0.4～0.8emu·g^-1。

步驟(1)和步驟(3)所述的在攪拌條件下滴加無(wú)機(jī)堿溶液，是在溫度為5～50℃的條件下滴加無(wú)機(jī)堿溶液。

步驟(1)和步驟(3)所述的無(wú)機(jī)堿溶液的濃度優(yōu)選為0.001～10mol/L；選自氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液和氨水等所組成的組中的至少一種。

步驟(1)所述的反應(yīng)的時(shí)間為1～5小時(shí)。

步驟(1)所述的二價(jià)無(wú)機(jī)鐵離子溶液的濃度優(yōu)選為0.1～10mol/L；選自氯化亞鐵溶液、硝酸亞鐵溶液和硫酸亞鐵溶液等所組成的組中的至少一種。

步驟(2)所述的水玻璃的玻美度(Be°)可以為30～50。

步驟(2)所述的離子交換樹(shù)脂選自強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和/或弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。

所述的強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂選自型號(hào)為001×1、001×2、001×4、001×7、001×8、001×11、001×13、001×14.5、D001樹(shù)脂中一種或幾種。