CN106395838A - 一种中孔硅胶的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中孔硅胶的制备方法，包括如下步骤：(1)将纤维素原料加入到质量浓度为15～75％的无机酸溶液中，搅拌混合均匀；(2)将二氧化硅的质量浓度为10～30％的硅酸钠溶液与步骤(1)所得物料混合均匀，以使物料的pH达到1～10；(3)将步骤(2)所得物料进行陈化凝胶；(4)将步骤(3)所得物料洗涤至中性，再经过滤、烘干和空气气氛下的活化焙烧，即得所述中孔硅胶。本发明的方法在硅胶制备过程中引入了纤维素作为成孔原料，不仅绿色环保，而且属于可再生资源，原料丰富、价格便宜，相对于以石化产品作为模板剂的合成方法大大降低了原料成本。

Description

一种中孔硅胶的制备方法
技术领域
本发明具体涉及一种中孔硅胶的制备方法。
背景技术
硅胶具有特殊的孔结构，大的比表面积和优良的热稳定性，被广泛应用于吸附剂、干燥剂、色谱柱填料及催化剂载体等各个工业领域。现有工艺技术主要采用对老化后硅凝胶进行进一步蒸汽或碱浸等工艺进行扩孔处理，而得到中孔或大孔硅胶产品，该方法工艺烦琐，周期长，成本高。也有相关文献资料报导利用表面活性剂作为模板剂制备有序介孔二氧化硅的方法，制备过程中加入的表面活性剂模板剂主要有，如：十六烷基三甲基溴化氨、十二烷基硫酸钠，P123、F127等，但模板剂价格昂贵，制备成本高，目前未广泛应用于大批量生产。也有相关资料报导采用共沸蒸馏技术，选择了沸点比较高的有机溶剂，如C5～C6的醇，如3-甲基丁醇，正戌醇等，制得了大孔容、高比表面积的硅胶产品，但其技术复杂，制备过程繁琐。CN1792790公开了一种利用先焙烧后再进行酸处理以对硅胶孔径进行调控，此方法利用硫酸盐在焙烧时溶胀来成孔，后还需再次经过强酸洗涤将硫酸盐溶出，步骤较为繁琐。CN102002120A公开了一种利用比表面控制剂(乙二醇、乙酸乙醋，丙三醇，丙酮，三氯乙烷的一种或多种)制备大孔容、大比表面积硅胶的方法，得到比表面积400-600m2/g的硅胶，其制孔剂主要为化工产品，不仅价格较贵，而且不可再生。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种中孔硅胶的制备方法。
本发明的原理如下：
本发明的具体技术方案如下：
一种中孔硅胶的制备方法，包括如下步骤：
(1)将纤维素原料加入到质量浓度为15～75％的无机酸溶液中，搅拌混合均匀，所述纤维素原料包括微晶纤维素、棉花、滤纸和纸浆中的至少一种，纤维素原料的量为纤维素原料和无机酸溶液总质量的3～50％；
(2)将二氧化硅的质量浓度为10～30％的硅酸钠溶液与步骤(1)所得物料混合均匀，以使物料的pH达到1～10；
(3)将步骤(2)所得物料进行陈化凝胶，陈化凝胶温度为25～80℃，陈化凝胶时间为0.5～3d；
(4)将步骤(3)所得物料洗涤至中性，再经过滤、烘干和空气气氛下的活化焙烧，即得所述中孔硅胶，活化焙烧的温度为450～750℃，时间为1～8h。
在本发明的一个优选实施方案中，所述无机酸为盐酸、硫酸和磷酸中的至少一种。
在本发明的一个优选实施方案中，所述纤维素原料的的量为纤维素原料和无机酸溶液总质量的12～25％。
在本发明的一个优选实施方案中，所述无机酸溶液的质量浓度为25～60％。
在本发明的一个优选实施方案中，所述硅酸钠溶液的中二氧化硅的质量浓度为10～25％。
在本发明的一个优选实施方案中，所述活化焙烧的温度为500～600℃。
在本发明的一个优选实施方案中，所述活化焙烧的时间为1～6h。
本发明的有益效果是：
1、本发明的方法在硅胶制备过程中引入了纤维素作为成孔原料，不仅绿色环保，而且属于可再生资源，原料丰富、价格便宜，相对于以石化产品作为模板剂的合成方法大大降低了原料成本；
2、本发明的工艺过程简单，不需硅凝胶的二次扩孔操作，大大简化了硅胶的工艺过程，同时也节省了二次扩孔所使用各种化工原料；
3、本发明可利用调整制备工艺条件来(如：硅酸钠溶胶PH值，纤维素原料加入量)控制所制备硅胶产品孔径的大小，从而达到使硅胶产品孔径可控的目地，其孔径控制方法与现有已报导的方法不仅简单可靠，而且绿色、经济、环保。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
实施例1
(1)将脱脂棉加入到质量浓度为60％的硫酸溶液中，搅拌混合均匀，脱脂棉的量为脱脂棉和硫酸溶液总质量的30％；
(2)将二氧化硅的质量浓度为10％的硅酸钠溶液与步骤(1)所得物料混合均匀，以使物料的pH达到1，并搅拌1h；
(3)将步骤(2)所得物料进行陈化凝胶，陈化凝胶温度为80℃，陈化凝胶时间为12h；
(4)将步骤(3)所得物料用水洗涤至中性，以除去其中的盐及盐类可溶性离子，过滤后再经烘干和空气气氛下的活化焙烧，即得所述中孔硅胶，活化焙烧的温度为500℃，时间为4h，气氛为空气。
实施例2
(1)将脱脂棉加入到质量浓度为20％的盐酸溶液中，搅拌混合均匀，脱脂棉的量为脱脂棉和盐酸溶液总质量的25％；
(2)将二氧化硅的质量浓度为25％的硅酸钠溶液与步骤(1)所得物料混合均匀，以使物料的pH达到1，并搅拌1h；
(3)将步骤(2)所得物料进行陈化凝胶，陈化凝胶温度为60℃，陈化凝胶时间为1d；
(4)将步骤(3)所得物料用水洗涤至中性，以除去其中的盐及盐类可溶性离子，过滤后再经烘干和空气气氛下的活化焙烧，即得所述中孔硅胶，活化焙烧的温度为600℃，时间为6h，气氛为空气。
实施例3
(1)将微晶纤维素加入到质量浓度为50％的硫酸溶液中，搅拌混合均匀，微晶纤维素的量为微晶纤维素和硫酸溶液总质量的12％；
(2)将二氧化硅的质量浓度为10％的硅酸钠溶液与步骤(1)所得物料混合均匀，以使物料的pH达到1，并搅拌1h；
(3)将步骤(2)所得物料进行陈化凝胶，陈化凝胶温度为25℃，陈化凝胶时间为1d；
(4)将步骤(3)所得物料用水洗涤至中性，以除去其中的盐及盐类可溶性离子，过滤后再经烘干和空气气氛下的活化焙烧，即得所述中孔硅胶，活化焙烧的温度为500℃，时间为6h，气氛为空气。
实施例4
(1)将微晶纤维素加入到质量浓度为25％的盐酸溶液中，搅拌混合均匀，微晶纤维素的量为微晶纤维素和盐酸溶液总质量的25％；
(2)将二氧化硅的质量浓度为15％的硅酸钠溶液与步骤(1)所得物料混合均匀，以使物料的pH达到1，并搅拌1h；
(3)将步骤(2)所得物料进行陈化凝胶，陈化凝胶温度为25℃，陈化凝胶时间为2d；
(4)将步骤(3)所得物料用水洗涤至中性，以除去其中的盐及盐类可溶性离子，过滤后再经烘干和空气气氛下的活化焙烧，即得所述中孔硅胶，活化焙烧的温度为550℃，时间为6h，气氛为空气。
实施例5
(1)将滤纸加入到质量浓度为55％的硫酸溶液中，搅拌混合均匀，滤纸的量为滤纸和硫酸溶液总质量的25％；
(2)将二氧化硅的质量浓度为25％的硅酸钠溶液与步骤(1)所得物料混合均匀，以使物料的pH达到1，并搅拌1h；
(3)将步骤(2)所得物料进行陈化凝胶，陈化凝胶温度为50℃，陈化凝胶时间为3d；
(4)将步骤(3)所得物料用水洗涤至中性，以除去其中的盐及盐类可溶性离子，过滤后再经烘干和空气气氛下的活化焙烧，即得所述中孔硅胶，活化焙烧的温度为750℃，时间为1h，气氛为空气。
实施例6
(1)将滤纸加入到质量浓度为55％的磷酸溶液中，搅拌混合均匀，滤纸的量为滤纸和磷酸溶液总质量的12％；
(2)将二氧化硅的质量浓度为20％的硅酸钠溶液与步骤(1)所得物料混合均匀，以使物料的pH达到1，并搅拌1h；
(3)将步骤(2)所得物料进行陈化凝胶，陈化凝胶温度为50℃，陈化凝胶时间为3d；
(4)将步骤(3)所得物料用水洗涤至中性，以除去其中的盐及盐类可溶性离子，过滤后再经烘干和空气气氛下的活化焙烧，即得所述中孔硅胶，活化焙烧的温度为750℃，时间为1h，气氛为空气。
实施例7
(1)将滤纸加入到质量浓度为65％的硫酸溶液中，搅拌混合均匀，滤纸的量为滤纸和硫酸溶液总质量的20％；
(2)将二氧化硅的质量浓度为20％的硅酸钠溶液与步骤(1)所得物料混合均匀，以使物料的pH达到4，并搅拌2h；
(3)将步骤(2)所得物料进行陈化凝胶，陈化凝胶温度为65℃，陈化凝胶时间为1d；
(4)将步骤(3)所得物料用水洗涤至中性，以除去其中的盐及盐类可溶性离子，过滤后再经烘干和空气气氛下的活化焙烧，即得所述中孔硅胶，活化焙烧的温度为550℃，时间为1h，气氛为空气。
实施例8
(1)将滤纸加入到质量浓度为60％的硫酸溶液中，搅拌混合均匀，滤纸的量为滤纸和硫酸溶液总质量的25％；
(2)将二氧化硅的质量浓度为20％的硅酸钠溶液与步骤(1)所得物料混合均匀，以使物料的pH达到10，并搅拌1h；
(3)将步骤(2)所得物料进行陈化凝胶，陈化凝胶温度为70℃，陈化凝胶时间为2d；
(4)将步骤(3)所得物料用水洗涤至中性，以除去其中的盐及盐类可溶性离子，过滤后再经烘干和空气气氛下的活化焙烧，即得所述中孔硅胶，活化焙烧的温度为500℃，时间为1h，气氛为空气。
上述实施例所制备的中孔硅胶的具体性能参数如下表所示：
本领域普通技术人员可知，本发明的技术方案在下述范围内变化时，仍然能够得到与上述实施例相同或相近的技术效果：
一种中孔硅胶的制备方法，包括如下步骤：
(1)将纤维素原料加入到质量浓度为15～75％的无机酸溶液中，搅拌混合均匀，所述纤维素原料包括微晶纤维素、棉花、滤纸和纸浆中的至少一种，纤维素原料的量为纤维素原料和无机酸溶液总质量的3～50％；
(2)将二氧化硅的质量浓度为10～30％的硅酸钠溶液与步骤(1)所得物料混合均匀，以使物料的pH达到1～10；
(3)将步骤(2)所得物料进行陈化凝胶，陈化凝胶温度为25～80℃，陈化凝胶时间为0.5～3d；
(4)将步骤(3)所得物料洗涤至中性，再经过滤、烘干和空气气氛下的活化焙烧，即得所述中孔硅胶，活化焙烧的温度为450～750℃，时间为1～8h。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (7)

1.一种中孔硅胶的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将纤维素原料加入到质量浓度为15～75％的无机酸溶液中，搅拌混合均匀，所述纤维素原料包括微晶纤维素、棉花、滤纸和纸浆中的至少一种，纤维素原料的量为纤维素原料和无机酸溶液总质量的3～50％；
(2)将二氧化硅的质量浓度为10～30％的硅酸钠溶液与步骤(1)所得物料混合均匀，以使物料的pH达到1～10；
(3)将步骤(2)所得物料进行陈化凝胶，陈化凝胶温度为25～80℃，陈化凝胶时间为0.5～3d；
(4)将步骤(3)所得物料洗涤至中性，再经过滤、烘干和空气气氛下的活化焙烧，即得所述中孔硅胶，活化焙烧的温度为450～750℃，时间为1～8h。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述无机酸为盐酸、硫酸和磷酸中的至少一种。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述纤维素原料的的量为纤维素原料和无机酸溶液总质量的12～25％。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述无机酸溶液的质量浓度为25～60％。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述硅酸钠溶液的中二氧化硅的质量浓度为10～25％。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述活化焙烧的温度为500～600℃。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述活化焙烧的时间为1～6h。
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