CN104353408A - 一种改性多孔SiO2的制备方法 - Google Patents

一种改性多孔SiO2的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于污水处理的改性多孔SiO2的制备方法，包括以下步骤：准备硅酸钠；制备多孔SiO2；多孔SiO2的改性处理等。本发明还公开了强酸性阳离子交换树脂进行预处理的方法，改性多孔SiO2用于污水净化的再生方法以及强酸性阳离子交换树脂循环使用方法。本发明采用廉价的河沙制备多孔SiO2，原料来源广，就地取材可减少石英沙制备水玻璃的地域限制，减小了运输成本，以此来降低生产成本；制备过程选用较为温和的反应条件，过程中不用高温、高压，因而有利于工业化生产；制备出来多孔SiO2。具有连续网络结构、孔径分布和孔径大小较为均匀，部分孔径已达到纳米级，具有很强的吸附能力。

Description

一种改性多孔SiO2的制备方法
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体的是涉及一种改性多孔SiO2的制备方法。
背景技术
由于人口增长和经济发展，对资源的过量开采和不合理开发利用而产生的影响资源质量的一系列问题，这些问题已经直接威胁到我们和子孙后代的生存。我国同样面临着这些问题，我国是一个水资源匮乏的国家，如何缓解水资源匮乏以及污染等问题已经成为一个刻不容缓的问题。
随着工业化的发展，附带的生产污水也越来越多，任意排放对环境会造成恶劣影响，为改善环境，污水处理技术应运而生，污水处理是指为使污水达到排水某一水体或再次使用的水质要求，并对其进行净化的过程，污水处理被广泛应用于建筑、农业，交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域，也越来越多地走进寻常百姓的日常生活。
目前，处理水资源污染问题有物理、化学、生物、综合等多种方法，但是物理方法多存在处理效果不佳，处理率不稳定问题；生物方法处理成本过高，不适宜推广使用；现有技术中多采用化学方法来处理污水，但是现有的污水处理剂，多采用化学试剂。
例如申请号为201310569471.X，发明名称为一种污水处理剂的发明专利，其记载的技术方案：一种污水处理剂，包括：阳离子型聚丙稀铣胺1.2%-14.5%，三氯化铁2%-25%，硫酸铝 1.5%-15%，磷酸铝 1.1%-17.5%，中层矿物粘土21%-55%，其试剂成分中的铁盐及铝盐存在对水源及环境的二次污染问题。再例如申请号为201320494665.3，发明名称为硬水软化装置的专利，技术方案中包括单片机、负反馈电路、三极管放大电路、电磁铁，所述单片机连接负反馈电路，负反馈电路连接到三极管放大电路，三极管放大电路连接电磁铁，其主要原理是利用电磁铁将硬水中的金属离子磁化，使之有序排列，从而有效防止金属离子的沉淀析出，达到将硬水软化的目的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种用于污水处理的改性多孔SiO2的制备方法，本发明采用的原材料低毒低害，原材料使用成本低廉，利用多孔二氧化硅来软化硬水和净化污水，净化程度高，并且高效低成本，适用范围广。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种改性多孔SiO2的制备方法，包括以下步骤：
A．准备硅酸钠
取来河沙，将其洗净并研磨成细粉，用NaOH溶液浸泡，加热并搅拌，恒温静置一天，恒温河沙细粉被软化成糊状，得到硅酸钠溶液；
B．制备多孔SiO2
    将步骤A得到的硅酸钠溶液用水稀释l倍后，按体积比0.5-1.5：1与强酸性阳离子交换树脂进行离子交换，常温下搅拌1小时，得到pH3～5的硅酸水溶液；
取硅酸水溶液上层清液，加入体积百分比为10% -15%的氨水溶液至硅酸水溶液上层清液粘度增大至块状，凝固得到凝胶；将凝胶与丁醇等体积混合，加热，去除共沸物，得到粉状的多孔二氧化硅；
C．多孔SiO2的改性处理
用体积比为1.0-2.0：1的无水乙醇水溶液配制棕榈酸饱和溶液，将步骤B得到的多孔SiO2浸泡于棕榈酸饱和溶液3小时后过滤，取滤渣恒温烘干，得到改性多孔SiO2； 
本发明所述步骤B中强酸性阳离子交换树脂为强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂。
本发明中，对步骤B中强酸性阳离子交换树脂进行预处理的方法：将强酸性阳离子交换树脂置于2倍体积的饱和食盐水中浸泡24小时后，放尽食盐水，然后用清水漂洗强酸性阳离子交换树脂至清水不泛黄色；再将强酸性阳离子交换树脂置于3倍体积的5wt%NaOH溶液中浸泡5小时，放尽碱液后，冲洗强酸性阳离子交换树脂直至排出水接近中性。
本发明所述步骤C中得到的改性多孔SiO2用于污水净化后的再生方法为：将使用过的改性多孔SiO2置于2wt%的EDTA水溶液搅拌20±15min，并经清水浸泡和冲洗后过滤，干燥，得到再生的多孔SiO2。
本发明所述步骤B中强酸性阳离子交换树脂可以循环使用，方法是：将使用后的强酸性阳离子交换树脂1:2的体积比浸泡于5%的盐酸溶液2小时，后按体积比1：1的比例浸泡于清水中1～2小时，将水过滤，干燥即得到可用于循环使用的强酸性阳离子交换树脂。
本发明所述步骤A中，加热温度为135±15℃，加热时间为3小时。
本发明所述步骤A中，NaOH溶液的浓度为10-12mol/L。
本发明所述步骤A中，在115±15℃下恒温静置一天。
本发明采用上述技术方案后，具有如下技术效果：
1．采用廉价的河沙制备多孔SiO2，原料来源广，就地取材可减少石英沙制备水玻璃的地域限制，减小了运输成本，以此来降低生产成本；
2．制备过程选用较为温和的反应条件，过程中不用高温、高压，因而有利于工业化生产；
3．制备出来的多孔SiO2具有连续网络结构、孔径分布和孔径大小较为均匀等特点，部分孔径已达到纳米级，具有很强的吸附能力；
4．经过改性后的多孔SiO2对溶解在水中的钙、镁离子吸附力强，效果明显；可利用这种多孔材料作为硬水的过滤材料，有效地对硬水进行软化，对污水进行过滤净化；
5．改性的多孔SiO2吸附后易脱附，可以利用一些简单的办法即可使其再生，降低了使用成本。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种改性多孔SiO2的制备方法，包括以下步骤：
A．准备硅酸钠
取来河沙，将其洗净并研磨成细粉，用浓度为10-12mol/LNaOH溶液浸泡，在135±15℃加热并搅拌3小时，然后在115±15℃下恒温静置一天，恒温河沙细粉被软化成糊状，得到硅酸钠溶液；
B．制备多孔SiO2
    将步骤A得到的硅酸钠溶液用水稀释l倍后，按体积比0.5-1.5：1与强酸性阳离子交换树脂进行离子交换，常温下搅拌1小时，得到pH3～5的硅酸水溶液；
取硅酸水溶液上层清液，加入体积百分比为10% -15%的氨水溶液至硅酸水溶液上层清液粘度增大至块状，凝固得到凝胶；将凝胶与丁醇等体积混合，加热，去除共沸物，得到粉状的多孔二氧化硅；
C．多孔SiO2的改性处理
    用体积比为1.0-2.0：1的无水乙醇水溶液配制棕榈酸饱和溶液，将步骤B得到的多孔SiO2浸泡于棕榈酸饱和溶液3小时后过滤，取滤渣恒温烘干，得到改性多孔SiO2； 
改性处理后的多孔SiO2用于净化污水或用于硬水软化时，水中的钙、镁离子可以与棕榈酸形成沉淀物，吸附于硅胶表面，达到去除钙、镁离子的目的。
实施例2
优选地，强酸性阳离子交换树脂为强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂。
新树脂常含有溶剂、未参加聚合反应的物质和少量低聚合物，还可能吸着铁、铜、铝等金属离子，当树脂与酸或其它溶液相接触时，上述可溶性杂质，就会转入溶液中，在使用初期，污染出水的水质。所以，新树脂使用前要在离子交换设备中做好预处理。
本发明中，强酸性阳离子交换树脂进行预处理的方法：将强酸性阳离子交换树脂置于2倍体积的饱和食盐水中浸泡24小时后，放尽食盐水，然后用清水漂洗强酸性阳离子交换树脂至清水不泛黄色；再将强酸性阳离子交换树脂置于3倍体积的5wt%NaOH溶液中浸泡5小时，放尽碱液后，冲洗强酸性阳离子交换树脂直至排出水接近中性。
本发明中，强酸性阳离子交换树脂可以循环使用，将使用后的强酸性阳离子交换树脂1:2的体积比浸泡于5%的盐酸溶液2小时，后按体积比1：1的比例浸泡于清水中1～2小时，将水过滤，干燥即得到可用于循环使用的强酸性阳离子交换树脂。
实施例3
经过多次吸附钙镁离子后，多孔SiO2中残留有较大量的不溶于水的棕榈酸钙、镁盐，被阻隔于二氧化硅层中；使用于一定程度后，利用EDTA与其反应，生成棕榈酸和EDTA的钙、镁盐，EDTA的钙、镁盐易溶于水，如此可达到硅胶再生的效果。并且将棕榈酸的损失降至最小。
本发明中，改性多孔SiO2用于污水净化后的再生方法为：将使用过的改性多孔SiO2置于2wt%的EDTA水溶液搅拌20±15min，并经清水浸泡和冲洗后过滤，干燥，得到再生的多孔SiO2。
本发明改性处理后的多孔SiO2具有多孔结构，具有很强的吸附性，可以利用它来过滤水中的悬浮物，吸附永中的微生物；同时利用棕榈酸改性后的多孔SiO2。对降低水中钙、镁等离子的吸附效果明显。与市售二氧化硅相比，本发明所述的多孔SiO2对污水的过滤效果好，污泥层不扩散，对钙镁离子的吸附效果明显，而市售二氧化硅对污水有过滤效果，但不是很明显，并且污泥层有轻微的扩散，对钙镁离子的吸附几乎无效。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本发明中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种改性多孔SiO2的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A．准备硅酸钠
取来河沙，将其洗净并研磨成细粉，用NaOH溶液浸泡，同时加热、搅拌，然后静置一天，恒温河沙细粉被软化成糊状，得到硅酸钠溶液；
B．制备多孔SiO2
    将步骤A得到的硅酸钠溶液用水稀释l倍后，按体积比0.5-1.5：1与强酸性阳离子交换树脂进行离子交换，常温下搅拌1小时，得到pH3～5的硅酸水溶液；
取硅酸水溶液上层清液，加入体积百分比为10% -15%的氨水溶液至硅酸水溶液上层清液粘度增大至块状，凝固得到凝胶；将凝胶与丁醇等体积混合，加热，去除共沸物，得到粉状的多孔二氧化硅；
C．多孔SiO2的改性处理
    用体积比为1.0-2.0：1的无水乙醇水溶液配制棕榈酸饱和溶液，将步骤B得到的多孔SiO2浸泡于棕榈酸饱和溶液3小时后过滤，取滤渣恒温烘干，得到改性多孔SiO2。
2.如权利要求１所述的一种改性多孔SiO2的制备方法，其特征在于，所述步骤B中强酸性阳离子交换树脂为强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂。
3.如权利要求１所述的一种改性多孔SiO2的制备方法，其特征在于，对步骤B中强酸性阳离子交换树脂进行预处理的方法：将强酸性阳离子交换树脂置于2倍体积的饱和食盐水中浸泡24小时后，放尽食盐水，然后用清水漂洗强酸性阳离子交换树脂至清水不泛黄色；再将强酸性阳离子交换树脂置于3倍体积的5wt%NaOH溶液中浸泡5小时，放尽碱液后，冲洗强酸性阳离子交换树脂直至排出水接近中性。
4.如权利要求1所述的一种改性多孔SiO2的制备方法，其特征在于，步骤C中得到的改性多孔SiO2用于污水净化后的再生方法为：将使用过的改性多孔SiO2置于2wt%的EDTA水溶液搅拌20±15min，并经清水浸泡和冲洗后过滤，干燥，得到再生的多孔SiO2。
5.如权利要求1所述的一种改性多孔SiO2的制备方法，其特征在于，所述步骤B中强酸性阳离子交换树脂可以循环使用，方法是：将使用后的强酸性阳离子交换树脂1:2的体积比浸泡于5%的盐酸溶液2小时，后按体积比1：1的比例浸泡于清水中1～2小时，将水过滤，干燥即得到可用于循环使用的强酸性阳离子交换树脂。
6.如权利要求1所述的一种改性多孔SiO2的制备方法，其特征在于，所述步骤A中加热温度为135±15℃，加热时间为3小时。
7. 如权利要求1所述的一种改性多孔SiO2的制备方法，其特征在于，所述步骤A中NaOH溶液的浓度为10-12mol/L。
8.如权利要求1所述的一种改性多孔SiO2的制备方法，其特征在于，在115±15℃下恒温静置一天。
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