CN110143599A - 一种大孔容SiO2材料的制备新方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种大孔容SiO2材料的制备新方法。该方法取Na2SiO3·9H2O与去离子水配制Na2SiO3溶液,边搅拌边向Na2SiO3·9H2O溶液中滴加HNO3至有胶状物析出;上述胶体在一定温度下老化一段时间;离心洗去胶体中的Na离子后,将所得产物置于一定浓度的铵盐溶液,浸泡一定时间后,取出胶体;利用喷雾干燥器,以一定的进风温度与喷射流量干燥胶体即可。本发明所采用的SiO2材料的制备过程中,通过酸碱中和反应制得硅凝胶后,进行老化处理以及铵盐活化,最终制得具备丰富的孔容且高比表面积的SiO2材料。此方法所得SiO2产率高。此法工艺流程简单,绿色环保,生产周期短。
Description
技术领域
本发明涉及材料制备领域,具体涉及一种大孔容SiO2材料的制备新方法。
背景技术
无定形二氧化硅又称非晶硅。无定性二氧化硅不存在晶格结构,原子间的晶格网络呈无序排列。近几年,无定形二氧化硅在工业中的应用越来越广泛。不仅在橡胶、涂料、油漆及农药等领域作为一种不可或缺的优良助剂,还作为一种催化剂载体在催化领域得到了广泛应用。此外,凭借着其无污染的特点,在某些有环保需求的行业中(例如上述的涂料行业)备受亲睐。常见的制备方法主要分为物理法和化学法,其中,化学法又可分为干法和湿法。通常,干法是指气相法,而湿法则是指沉淀法与溶胶凝胶法。在这些方法中,气相法主要是以硅卤化物(SiCl4)经氢氧焰高温水解。其制备原理是硅卤化合物在氢气和氧气燃烧生成的水中进行高温(温度大于1000℃)的水解反应,骤冷,然后经聚集、旋风分离、空气喷射脱酸、沸腾床筛选、真空压缩包装等后处理而获得产品,对于技术和设备的要求都很高。溶胶凝胶法在科学研究中被广泛探究,但大多使用TEOS等有机硅源为原料,成本较高。此外,该法中往往会采用模板剂去调变孔道结构。而后续去除模板剂所需的煅烧温度更在500℃以上,因而总体能耗较高。沉淀法通常采用价格低廉的水玻璃,但是以水玻璃为原料,胶体的成胶因素繁多,比如一次粒子的团聚速率,二次粒子的老化时间等。不同方法制备的SiO2性能各不相同。而不同行业对于所需的SiO2都有各自的标准。不同标准的差异主要体现在对SiO2的微观结构的不同需求。例如,大孔容SiO2在涂料、催化工业等多个行业就有广泛的需求,那么如何高效制备大孔容SiO2也成为了一个急需解决的问题。
本发明以水玻璃,无机酸以及铵盐为原料,通过简单的方法即可制备出大孔容SiO2,具有工业应用前景。
发明内容
本发明的一个目的在于为了克服现有技术的缺点与不足,提供一种大孔容SiO2材料的制备新方法。所述方法能够实现大孔容SiO2材料的低成本、高产率、高效率制备,同时所制备的SiO2材料具有孔容大,比表面积丰富等特点。
本发明的目的通过下述方案实现:
本发明提出一种大孔容SiO2的制备方法:采用水玻璃、铵盐为原料,无机酸为催化剂,水为溶剂,按下述步骤依次进行:
(1)取Na2SiO3·9H2O与去离子水配制Na2SiO3溶液,边搅拌边向
Na2SiO3·9H2O溶液中滴加HNO3至有胶状物析出;
(2)上述胶体在一定温度下老化一段时间;
(3)离心洗去胶体中的Na离子后,将所得产物置于一定浓度的铵盐溶液,
浸泡一定时间后,取出胶体;
(4)利用喷雾干燥器,以一定的进风温度与喷射流量干燥胶体,最后制得大孔容SiO2材料。
为了更好地实现本发明,所述步骤(3)中,铵盐溶液为(NH4)2CO3、NH4NO3、NH4Cl中的至少一种。
为了更好地实现本发明,在所述步骤(2)中老化温度为40~90℃,老化时间为2~20h;在所述步骤(3)中混合溶液中铵盐浓度为0.1~2.0mol/L,浸泡时间为2~20h;在所述步骤(4)中进风温度为150~300℃;在所述步骤(4)中喷射流量为200~4000mL/h。
本发明相对于现有技术,本发明具有如下优点和有益效果:1、本发明所采用的SiO2材料的制备过程中,通过酸碱中和反应制得硅凝胶后,进行老化处理以及铵盐活化,最终制得具备丰富的孔容且高比表面积的SiO2材料。2、此方法所得SiO2产率高。3、此法工艺流程简单,绿色环保,生产周期短。
本方法制备SiO2材料的关键技术在老化过程的控制以及铵盐活化过程的控制。具体原理如下:
在酸碱中和反应制得硅凝胶后,通过老化处理使得硅胶粒子形成三维网络结构,该结构自身就有丰富的孔结构,且具有优良的储水性能。再通过铵盐溶液的浸泡,硅凝胶内部就会含有较多的铵盐成分。最后通过高温喷雾干燥,铵盐瞬间分解以及气体膨胀,从而形成更为丰富的孔结构。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的分析。
实施例1
取15g Na2SiO3·9H2O与30ml去离子水配制Na2SiO3溶液,边搅拌边向Na2SiO3·9H2O溶液中滴加1mol/L的HNO3至有胶状物析出;将上述胶体在60℃下老化8h;老化结束后,离心洗去胶体中的Na离子,将所得产物置于1mol/L的铵盐溶液,浸泡15h后,取出胶体;反应完成后,利用喷雾干燥器,以200℃为进风温度与1000mL/h为喷射流量干燥胶体,最后制得大孔容SiO2材料。不同铵盐溶液对SiO2物化性质影响如表1所示
表1不同铵盐溶液对SiO2物化性质影响
铵盐溶液 | SiO<sub>2</sub>孔容大小(mL/g) |
(NH<sub>4</sub>)<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> | 1.34 |
NH<sub>4</sub>NO<sub>3</sub> | 1.56 |
NH<sub>4</sub>Cl | 1.39 |
NH<sub>4</sub>Cl+NH<sub>4</sub>NO<sub>3</sub> | 1.57 |
NH<sub>4</sub>Cl+(NH<sub>4</sub>)<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>+NH<sub>4</sub>NO<sub>3</sub> | 1.50 |
实施例2
取15g Na2SiO3·9H2O与30ml去离子水配制Na2SiO3溶液,边搅拌边向Na2SiO3·9H2O溶液中滴加1mol/L的HNO3至有胶状物析出;将上述胶体在一定温度下老化8h;老化结束后,离心洗去胶体中的Na离子,将所得产物置于1mol/L的(NH4)2CO3溶液,浸泡15h后,取出胶体;反应完成后,利用喷雾干燥器,以200℃为进风温度与1000mL/h为喷射流量干燥胶体,最后制得大孔容SiO2材料。不同老化温度对SiO2物化性质影响如表2所示
表2不同老化温度对SiO2物化性质影响
老化温度(℃) | SiO<sub>2</sub>孔容大小(mL/g) |
40 | 1.40 |
60 | 1.34 |
80 | 1.30 |
90 | 1.25 |
实施例3
取15g Na2SiO3·9H2O与30ml去离子水配制Na2SiO3溶液,边搅拌边向Na2SiO3·9H2O溶液中滴加1mol/L的HNO3至有胶状物析出;将上述胶体在60℃下老化一定时间;老化结束后,离心洗去胶体中的Na离子,将所得产物置于1mol/L的(NH4)2CO3溶液,浸泡15h后,取出胶体;反应完成后,利用喷雾干燥器,以200℃为进风温度与1000mL/h为喷射流量干燥胶体,最后制得大孔容SiO2材料。不同老化时间对SiO2物化性质影响如表3所示
表3不同老化时间对SiO2物化性质影响
老化时间(h) | SiO<sub>2</sub>孔容大小(mL/g) |
2 | 1.29 |
8 | 1.34 |
15 | 1.45 |
20 | 1.51 |
实施例4
取15g Na2SiO3·9H2O与30ml去离子水配制Na2SiO3溶液,边搅拌边向Na2SiO3·9H2O溶液中滴加1mol/L的HNO3至有胶状物析出;将上述胶体在60℃下老化8h;老化结束后,离心洗去胶体中的Na离子,将所得产物置于一定浓度的(NH4)2CO3溶液,浸泡15h后,取出胶体;反应完成后,利用喷雾干燥器,以200℃为进风温度与1000mL/h为喷射流量干燥胶体,最后制得大孔容SiO2材料。不同浓度的铵盐溶液对SiO2物化性质影响如表4所示
表4不同浓度的铵盐溶液对SiO2物化性质影响
铵盐溶液浓度(mol/L) | SiO<sub>2</sub>孔容大小(mL/g) |
0.1 | 1.28 |
1.0 | 1.34 |
1.5 | 1.45 |
2.0 | 1.46 |
实施例5
取15g Na2SiO3·9H2O与30ml去离子水配制Na2SiO3溶液,边搅拌边向Na2SiO3·9H2O溶液中滴加1mol/L的HNO3至有胶状物析出;将上述胶体在60℃下老化8h;老化结束后,离心洗去胶体中的Na离子,将所得产物置于1mol/L的(NH4)2CO3溶液,浸泡一定时间后,取出胶体;反应完成后,利用喷雾干燥器,以200℃为进风温度与1000mL/h为喷射流量干燥胶体,最后制得大孔容SiO2材料。不同浸泡时间对SiO2物化性质影响如表5所示
表5不同浸泡时间对SiO2物化性质影响
浸泡时间(h) | SiO<sub>2</sub>孔容大小(mL/g) |
2 | 1.24 |
10 | 1.31 |
15 | 1.34 |
20 | 1.33 |
实施例6
取15g Na2SiO3·9H2O与30ml去离子水配制Na2SiO3溶液,边搅拌边向Na2SiO3·9H2O溶液中滴加1mol/L的HNO3至有胶状物析出;将上述胶体在60℃下老化8h;老化结束后,离心洗去胶体中的Na离子,将所得产物置于1mol/L的(NH4)2CO3溶液,浸泡15h后,取出胶体;反应完成后,利用喷雾干燥器,以一定的进风温度与1000mL/h为喷射流量干燥胶体,最后制得大孔容SiO2材料。不同进风温度对SiO2物化性质影响如表6所示
表6不同进风温度对SiO2物化性质影响
进风温度(℃) | SiO<sub>2</sub>孔容大小(mL/g) |
150 | 1.19 |
200 | 1.34 |
250 | 1.37 |
300 | 1.40 |
实施例7
取15g Na2SiO3·9H2O与30ml去离子水配制Na2SiO3溶液,边搅拌边向Na2SiO3·9H2O溶液中滴加1mol/L的HNO3至有胶状物析出;将上述胶体在60℃下老化8h;老化结束后,离心洗去胶体中的Na离子,将所得产物置于1mol/L的(NH4)2CO3溶液,浸泡15h后,取出胶体;反应完成后,利用喷雾干燥器,以200℃为进风温度与一定的喷射流量干燥胶体,最后制得大孔容SiO2材料。不同喷射流量对SiO2物化性质影响如表7所示
表7不同喷射流量对SiO2物化性质影响
喷射流量(mL/h) | SiO<sub>2</sub>孔容大小(mL/g) |
200 | 1.36 |
1000 | 1.34 |
2000 | 1.36 |
3000 | 1.24 |
4000 | 1.21 |
上述实施例并非是对于本发明的限制,本发明并非仅限于上述实施例,只要符合本发明要求,均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种大孔容SiO2材料的制备新方法,其特征在于该方法以水玻璃为前驱体,,按下述步骤依次进行:
步骤(1)、取15g Na2SiO3·9H2O与30ml去离子水配制Na2SiO3溶液,边搅拌边向Na2SiO3·9H2O溶液中滴加1mol/L的HNO3至有胶状物析出;
步骤(2)、上述胶体在一定温度下老化一段时间;
步骤(3)、离心洗去胶体中的Na离子后,将所得产物置于一定浓度的铵盐溶液,浸泡一定时间后,取出胶体;
步骤(4)、利用喷雾干燥器,以一定的进风温度与喷射流量干燥胶体,最后制得大孔容SiO2材料。
2.如权利要求1所述的一种大孔容SiO2材料的制备新方法,其特征在于步骤(2)所述老化温度为40~90℃,老化时间为2~20h。
3.如权利要求1所述的一种大孔容SiO2材料的制备新方法,其特征在于步骤(3)所述铵盐溶液为(NH4)2CO3、NH4NO3、NH4Cl中的至少一种。
4.如权利要求1所述的一种大孔容SiO2材料的制备新方法,其特征在于步骤(3)所述混合溶液中铵盐浓度为0.1~2.0mol/L,浸泡时间为2~20h。
5.如权利要求1所述的一种大孔容SiO2材料的制备新方法,其特征在于步骤(4)所述进风温度为150~300℃。
6.如权利要求1所述的一种大孔容SiO2材料的制备新方法,其特征在于步骤(4)所述喷射流量为200~4000mL/h。
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