CN102923724A - 一种提高硅藻土比表面积及纳米孔比例的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种矿物材料处理方法，具体涉及一种提高硅藻土比表面积及纳米孔比例增加的方法。本发明步骤是：将硅藻土破碎为粉体，粉体加入到0.5～5mol/L的草酸溶液中，于室温-95℃下搅拌下酸浸处理10分钟～72小时，硅藻土粉体与草酸溶液的混合比例为50～500g/L，将上述酸浸处理后得到的硅藻土浆料过滤，过滤得到的固体产物经水洗后，烘干或自然风干，得到比表面积增加，孔径分布均匀的硅藻土。与提高硅藻土的现有技术相比，本发明的技术方案使硅藻土在保持原有结构形貌的基础上将比表面积增加至80m2/g以上，并获得大量2-10nm尺寸的小孔，使得孔径分布更加均匀，处理后的硅藻土显示出更强烈的吸放湿能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿物材料处理方法，具体涉及一种提高硅藻土比表面积及纳米孔比例的方法。
背景技术
硅藻土是以SiO2为主要成分的矿物材料，根据生成种属的不同具有各种孔道结构，比表面积通常在20 m2/g左右，主要用于食品和医药工业中的助滤剂、催化剂载体、吸附剂、以及作为制备多孔陶瓷的原料。硅藻土的上述用途的关键因素在于其具有天然的多孔结构和较高的比表面积，但是其孔结构的孔径分布不尽合理，主要表现为200-1000 nm的大孔较多，而2-10 nm左右的小孔较少，同时有些种属（如中心目硅藻）矿化形成的硅藻土比表面积较低，应用受到一定的限制。
获得高比表面积的方法主要包括选矿、化学处理以及高温煅烧法等，选矿方法主要是通过去除硅藻土矿物中的粘土相等非孔结构物质，对孔径结构和比表面积的影响有限；化学处理方法中，中国专利“一种提高硅藻土比表面积的方法”（200910084253.0）公开了一种水热化学处理方法，将NaOH、硅藻土和水配制成混合物，并在90-100°C溶解1-2小时，然后加入偏铝酸钠溶液、乙二醇（或乙二胺），待形成凝胶后在反应釜中100°C晶化5-15小时，工艺流程复杂；高温煅烧方法提高硅藻土比表面积即主要通过去除硅藻土表面的有机质实现，但提高幅度非常有限，且温度控制不当甚至会因烧结现象降低硅藻土的比表面积。尽管也有方法通过在硅藻土基体上生长高比表面积的材料提高硅藻土比表面积，但其本质上相当于将硅藻土与其他高比表面积的材料相混合，而且掩盖了硅藻土的表面，对于负载催化剂、湿度控制等需要硅藻土表面的应用不利。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种提高硅藻土比表面积及纳米孔比例的方法，目的是通过简单的酸浸手段，提高硅藻土的孔容积和比表面积。
实现本发明目的的技术方案按照以下步骤进行：
（1）将硅藻土破碎为粉体，粉体加入到0.5～5 mol/L的草酸溶液中，于20-95°C下搅拌下酸浸处理10分钟～72小时，硅藻土粉体与草酸溶液的混合比例为50 ~500 g/L；
（2）将上述酸浸处理后得到的硅藻土浆料过滤，过滤得到的固体产物经水洗后，烘干或自然风干，得到比表面积增加，纳米孔比例增加的硅藻土。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：
硅藻土是生物成因矿，其主要成分为非晶态二氧化硅，其他化学成分包括氧化铁、氧化铝、氧化钛等，表面还往往覆盖有一层有机质，本发明方法是利用硅藻土中的铁、铝、钙等化学成分可以被酸浸出并在溶液中形成络合物的特点，利用浸出后形成的纳米孔提高硅藻土的比表面积，完全保留了硅藻土的表面，并且可以应用于煅烧完后的硅藻土。
与提高硅藻土的现有技术相比，本发明的技术方案使硅藻土在保持原有结构形貌的基础上将比表面积增加至80 m2/g以上，并获得大量2-10 nm尺寸的小孔，使得孔径分布更加均匀，处理后的硅藻土显示出更强烈的吸放湿能力。
本发明的技术方案工艺过程简单，成本低廉，不需要现有技术的反复加酸、加碱和水热处理，得到的硅藻土可用于啤酒饮料工业的助滤剂、环境处理工程中的吸附剂以及烧结制备多孔硅藻土陶瓷材料的基本原料。
附图说明
图1为本发明实施例1经酸浸处理前后硅藻土的氮气吸附等热线曲线；
图2为本发明实施例1经酸浸处理前后硅藻土的孔容－孔径微分分布曲线；
图3为本发明实施例1经酸浸处理后的硅藻土的形貌图；
图4为本发明实施例2经酸浸处理前后硅藻土的孔容－孔径微分分布曲线；
图5为本发明实施例3经酸浸后的硅藻土孔容－孔径微分分布曲线；
图6为本发明实施例3经酸浸处理前后的硅藻土样品吸放湿能力对比图。
具体实施方式
本发明实施例采用的硅藻土产自吉林省长白地区。
本发明对实施例中制备的硅藻土基多孔材料内部结构观察采用的仪器是日本电子生产的扫面电子显微镜（JSM-6510A）。
孔径分布利用氮气吸附方法在美国Micromeritics公司TriStarII 3020孔隙分析仪上进行测试。
吸湿和放湿性能按如下方法进行测试：将样品在150°C条件下干燥10小时去除表面水，然后取一定质量（10 g左右）的样品置于相对湿度为83%、室温环境中，并利用千分之一天平记录样品的质量变化，记录时间间隔为1分钟；吸湿24小时后取出样品将其重新置于35%相对湿度环境中连续放湿24小时，以吸湿过程相同条件记录质量变化；以质量相对变化对时间作图即得吸放湿曲线。
下面为本发明的具体实施例。
实施例1
（1）将比表面积为18.2 m2/g硅藻土破碎为粉体，粉体加入到0.5mol/L的草酸溶液中，于50°C下搅拌下酸浸处理24小时，硅藻土粉体与草酸溶液的混合比例为150 g/L；
（2）将上述酸浸处理后得到的硅藻土浆料过滤，过滤得到的固体产物经水洗后，于50°C烘干，得到孔径分布均匀的硅藻土。
经酸浸处理24小时，硅藻土最终比表面积达到78.3 m2/g，是处理前的4倍，如图1所示，其孔容－孔径微分分布曲线如图2所示，相比未处理硅藻土增加了孔径在2-20 nm的小孔，其形貌图如图3所示，经处理后的硅藻土仍然表现特征的圆盘状，没有明显的破碎现象。
实施例2
（1）将比表面积为19.3 m2/g的硅藻土破碎为粉体，粉体加入到2mol/L的草酸溶液中，于室温20℃下搅拌下酸浸处理72小时，硅藻土粉体与草酸溶液的混合比例为50 g/L；
（2）将上述酸浸处理后得到的硅藻土浆料过滤，过滤得到的固体产物经水洗后，自然风干，得到孔径分布均匀的硅藻土。
经处理72小时酸浸处理的硅藻土比表面积增加到27.1 m2/g，其酸浸前后产物的孔容－孔径微分分布曲线，可见20 nm以下纳米孔的比例增加，且大孔保持不变。
实施例3
（1）将比表面积为19. 8 m2/g的硅藻土破碎为粉体，粉体加入到5mol/L的草酸溶液中，于95°C下搅拌下酸浸处理10分钟，硅藻土粉体与草酸溶液的混合比例为500 g/L；
（2）将上述酸浸处理后得到的硅藻土浆料过滤，过滤得到的固体产物经水洗后，于150°C烘干，得到孔径分布均匀的硅藻土。
硅藻土的比表面积由未处理的19.8 m2/g增加到84.8 m2/g，如图5所示，酸浸处理后生成了大量的纳米孔。
将烘干后的硅藻土分别置于83RH%和30RH%下吸湿和防湿24小时，称量吸放湿过程中的质量变化，图6为经草酸处理前后的硅藻土吸湿能力和防湿能力曲线，可见处理后吸湿和放湿能力均提高10%以上。
Claims (1)
1.一种提高硅藻土比表面积及纳米孔比例的方法，其特征在于按照以下步骤进行：
（1）将硅藻土破碎为粉体，粉体加入到0.5～5 mol/L的草酸溶液中，于20-95°C下搅拌下酸浸处理10分钟～72小时，硅藻土粉体与草酸溶液的混合比例为50 ~500 g/L；
（2）将上述酸浸处理后得到的硅藻土浆料过滤，过滤得到的固体产物经水洗后烘干或自然风干，得到比表面积增加，纳米孔比例增加的硅藻土。
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