[發明專利]一種煤矸石基介孔氧化硅材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202210806905.2
• 申請日: 2022-07-08
• 公開（公告）號: CN115196640B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 李翔宇;潘大海;檀苗苗;韓麗娜;王兵;王建成
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C01B33/113
• 分類號: C01B33/113
• 代理公司: 北京正和明知識產權代理事務所(普通合伙) 11845
• 代理人: 李建剛

本發明提供一種煤矸石基介孔氧化硅材料及其制備方法。煤矸石基介孔氧化硅材料的制備方法包括，將煤矸石基硅源、有機羧酸、無水有機醇和表面活性劑按照摩爾配料比為30～200:5～400:250～2000:1.0進行混合、反應，將反應溶液進行溶劑熱自組裝處理，經過離心、洗滌和干燥處理，得到煤矸石基介孔氧化硅材料前驅體；按照液固質量比10～100:1，將煤矸石基介孔氧化硅材料前驅體均勻溶于無機強酸溶液中，然后在密封條件下聚合，再將聚合所得產物進行焙燒。本發明提供的煤矸石基介孔氧化硅材料由上述方法制得，具有均一的介孔孔道結構。該方法原料廉價，工藝簡單，大大降低了介孔氧化硅材料的制備成本，利于擴大化生產，所制得的煤矸石基介孔氧化硅材料具有高水熱穩定性，應用范圍廣。

技術領域

本發明屬于無機多孔材料領域，尤其涉及一種煤矸石基介孔氧化硅材料及其制備方法。

背景技術

介孔氧化硅材料具有高比表面積、孔隙率和較大且均一可調的介孔孔徑等優點，可有效克服微孔沸石分子篩難以完成的大分子吸附、分離及催化等問題，因而在大分子催化轉化、吸附與分離、納米反應器等領域中顯示出較傳統微孔材料更為廣闊的應用前景(Nanoscale，2020，12，11333-11363；Adv.Mater.，2017，29，1701139；Chem.Soc.Rev.，2013，42，3862-3875)。

然而，經傳統制備方法所得介孔氧化硅材料孔壁氧化硅聚合程度相對較低，且表面存在大量親水性的Si-OH物種，致使在經長時間沸水處理，或是經高溫水蒸氣處理時，往往因介孔孔壁中Si-O-Si發生水解反應而造成介孔結構坍塌(J.Phys.Chem.B，2005，109，8723-8732；Chem.Mater.，2009，21，5413-5425)。因此，較差的水熱穩定性嚴重限制了介孔氧化硅材料在苛刻水熱環境下的實際應用。此外，制備介孔氧化硅材料通常使用價格昂貴的有機硅(如正硅酸乙酯或正硅酸甲酯)為硅源，高昂的制備成本嚴重限制了介孔氧化硅材料的大規模工業制備。

煤矸石是煤炭開采、分選及洗滌過程中排放的固體廢物，其持續堆放不僅占用大量土地資源，且可引發各類生態環境問題?？紤]到煤矸石中含有大量硅組分(主要以二氧化硅形式存在)，因此如何高效提取煤矸石中的硅物種，并以此為硅源，通過簡單、易重復的制備工藝獲得高水熱穩定的介孔氧化硅材料，具有重要的意義。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的目的在于提供一種煤矸石基介孔氧化硅材料及其制備方法，以解決上述問題。

為實現以上目的，本發明特采用以下技術方案：

一種煤矸石基介孔氧化硅材料的制備方法，包括：

將煤矸石基硅源、有機羧酸、無水有機醇和表面活性劑按照摩爾配料比為30～200:5～400:250～2000:1.0進行混合、反應，隨后將反應溶液進行溶劑熱自組裝處理，經過離心、洗滌和干燥處理，得到煤矸石基介孔氧化硅材料前驅體；

按照液固質量比10～100:1，將所述煤矸石基介孔氧化硅材料前驅體均勻溶于無機強酸溶液中，然后在密封條件下聚合，再將所述聚合所得產物進行焙燒，得到所述煤矸石基介孔氧化硅材料。

可選的，所述煤矸石基硅源為煤矸石依次經酸洗脫鋁處理、活化處理和提取處理后所得到的硅物種溶液。

可選的，所述有機羧酸包括檸檬酸、冰醋酸、草酸和酒石酸中的一種或多種；

所述有機醇包括乙醇、丙醇、異丙醇和丁醇中的一種或多種；

所述無機強酸溶液的pH值為0.5～3.5。

可選的，所述表面活性劑為嵌段共聚物非離子表面活性劑；