一种大孔容高比表面积硅胶的制备方法
技术领域
本发明涉及一种提高硅胶吸附性能的制备方法,特别涉及一种大孔容高比表面积硅胶的制备方法。
背景技术
硅胶是具有三维空间网状结构的多孔性固体物质,孔分布范围广,具有很大的比表面积,表面覆盖有大量的硅烷醇基因,具有一定的活性,能吸附许多物质,使它成为良好的干燥剂、吸附剂、催化剂载体等,广泛应用于工农业生产中。硅胶的吸附性能与其丰富的孔道结构和大的比表面积有着密不可分的联系,因此提高硅胶的吸附性能,研制具有大孔容高比表面积的硅胶产品具有较好的社会经济效益。
中国专利文献公开号为105858671A,专利名称为《一种大孔容高比表面积硅胶的制备方法》,该发明首先通过将碳酸钠和表面活性剂进行混合,将硅酸钠置于其中,在酸性的作用下,形成硅溶胶过程,由于表面活性剂的作用下,限制一次粒子的生长,增加比表面积,同时包裹碳酸钠,在高温煅烧的作用下,去除包裹的碳酸钠,形成大孔融,最后再通过水浸去除其中的杂质,从而制备得大孔容高比表面积硅胶。
中国专利文献公开号为102260359B,专利名称为《一种高比表面积、大孔容铬系硅胶催化剂载体的制备方法》,该发明的制备方法采用10~25%(wt)的硅酸钠溶液和15~35%(wt)的硫酸溶液在混合器中迅速混合反应制胶,进行老化,水洗后移出胶块进行酸浸,再水洗到pH6~9后,滤去水份,在特制的蒸馏反应器中进行回流蒸馏,然后进行液固分离,过滤并经干燥、粉碎、气流分级、载铬和表面改性后而制得本发明的硅胶催化剂载体。
《安徽化工》,第38卷,第1期,2012年2月,作者为青岛科技大学的赵希鹏,公开了《一种大孔容高比表面积硅胶的制备》的文章,其采用硅酸钠和硫酸为原料,无水乙醇为交换剂,通过微波干燥制备大孔容高比表面积硅胶。研究了醇泡浴比、醇泡时间、微波干燥时间对硅胶孔径、孔容和比表面积的影响。研究结果表明,在醇泡浴比为2.5:1.0,醇泡时间为30h,微波强度为550W,微波干燥时间为20min时,可制备大孔容高比表面积的硅胶。
本发明提供一种不同于上述专利或文献公开的内容的大孔容高比表面积硅胶的制备方法。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷,提供一种大孔容高比表面积硅胶的制备方法,通过该种方法可以制造出孔容为1.8ml/-2.5ml/g,比表面积为550m2/g-650m2/g的大孔容高比表面积硅胶,制出的产品质量稳定,孔容大,比表面积高,成本低。
本发明提到的一种大孔容高比表面积硅胶的制备方法,其技术方案是:包括以下步骤,以下均按质量百分比浓度:
(a)采用浓硫酸溶液和硅酸钠为原料,将浓硫酸溶液稀释至35±2%后打入反应釜内,反应釜采用电加热,釜内温度控制在55-65℃,釜内采用搅拌器搅拌溶液,搅拌速度100-120r/min,将硅酸钠进行化料后稀释至25±2%,在反应釜内喷入硅酸钠溶液,硅酸钠溶液用量与釜内硫酸溶液质量的比值为120-130:100,硅酸钠溶液与硫酸溶液进行合成反应,控制反应时间40-50min,得到釜内大部分凝胶粒尺寸在2-3厘米之间;
(b)打开反应釜下的卸料阀门,反应后的凝胶粒落到网带上,凝胶粒通过网带传送机进入第一段电加热隧道,该隧道内温度为90-100℃,长度为20米,凝胶粒在电加热隧道内被加热外层逐渐结晶固化,从电加热隧道内出来的凝胶粒进入第一段超声处理隧道,该超声波处理隧道长度为20米,隧道内超声波频率为25KHz,功率 0.4w/cm2,通过超声波对外层已经结晶固化的硅胶凝胶粒进行通孔与扩孔;
(c)经超声波一次通孔和扩孔后的凝胶粒进入第二段电加热隧道,该隧道内温度为110-130℃,长度为20米,凝胶粒在电加热隧道内被加热逐渐向内进行结晶固化,从电加热隧道内出来的凝胶粒进入第二段超声处理隧道,该超声波处理隧道长度为20米,隧道内超声波频率为32KHz,功率 0.5w/cm2,通过超声波对内层已经结晶固化的硅胶凝胶粒进行通孔与扩孔;
(d)经超声波二次通孔和扩孔后的凝胶粒进入第三段电加热隧道,该隧道内温度为130-150℃,长度为45米,凝胶粒在电加热隧道内被加热内部逐渐完全结晶固化,从电加热隧道内出来的凝胶粒进入第三段超声处理隧道,该超声波处理隧道长度为40米,隧道内超声波频率为40KHz,功率 0.6w/cm2,通过超声波对内层已经全部结晶固化的硅胶凝胶粒进行通孔与扩孔;
(e)经超声波三次通孔和扩孔后的凝胶粒用传送带传送至水洗罐内,水洗罐采用蒸汽加热,在水洗罐内添加质量百分比浓度为1.5-2%的邻苯二甲酸氢钾水溶液对凝胶粒进行老化处理,老化温度为40-50℃,老化时间为2.5-3.5h;
(f)之后放掉邻苯二甲酸氢钾水溶液,进行酸洗,之后再进行碱洗,最后通过软化水水洗,烘干、粉碎得到大孔容高比表面积硅胶产品。
步骤(f)中的酸洗具体过程是:
在水洗罐内添加浓度为2-2.5%冰醋酸水溶液进行酸洗,酸洗温度为40-50℃,酸洗时间为3.5-4h。
步骤(f)中的碱洗的过程是:
放掉冰醋酸的水溶液,在水洗罐内添加1.5-2%氨水水溶液进行碱洗,碱洗温度为40-50℃,碱洗时间为3.5-4h。
步骤(f)中的氨水水溶液进行碱洗后,放掉氨水水溶液,采用软化水水洗5遍,之后将物料采用烘干滚筒烘干,根据客户对外形尺寸要求采用气流粉碎分级机将物料气流粉碎分级后得到大孔容高比表面积硅胶产品。
步骤(b)中,网带传送机传送速度为4米/分钟。
本发明的有益效果是:本发明以浓硫酸溶液和硅酸钠为原料,并采用多段电加热和多段超声波通孔和扩孔,实现了多级通孔和扩孔,通过该种方法可以制造出孔容为1.8ml/-2.5ml/g,比表面积为550m2/g-650m2/g的大孔容高比表面积硅胶,制出的产品质量稳定,孔容大,比表面积高,成本低。利用该工艺生产的硅胶具有大的孔容和高的比表面积,能够应用在造纸、消光剂以及催化剂载体等领域,具有广阔的推广前景以及显著的社会效益和经济效益。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1,本发明提到的一种大孔容高比表面积硅胶的制备方法,该制备方法主要是采用浓硫酸溶液和硅酸钠为原料,将浓硫酸溶液稀释至35±2%后打入反应釜内,反应釜采用电加热,釜内温度控制在55-65℃,釜内采用搅拌器搅拌溶液,搅拌速度100-120r/min,将硅酸钠进行化料后稀释至25±2%,在反应釜内喷入硅酸钠溶液,硅酸钠溶液用量与釜内硫酸溶液质量的比值为120-130:100(质量比),硅酸钠溶液与硫酸溶液进行合成反应,控制反应时间40-50min,得到釜内大部分凝胶粒尺寸在2-3厘米之间,打开反应釜下的卸料阀门,反应后的凝胶粒落到网带上,凝胶粒通过网带传送机进入第一段电加热隧道,网带传送机传送速度为4米/分钟,该隧道内温度为90-100℃,长度为20米,凝胶粒在电加热隧道内被加热外层逐渐结晶固化,从电加热隧道内出来的凝胶粒进入第一段超声处理隧道,该超声波处理隧道长度为20米,隧道内超声波频率为25KHz,功率 0.4w/cm2,通过超声波对外层已经结晶固化的硅胶凝胶粒进行通孔与扩孔。经超声波一次通孔和扩孔后的凝胶粒进入第二段电加热隧道,该隧道内温度为110-130℃,长度为20米,凝胶粒在电加热隧道内被加热逐渐向内进行结晶固化,从电加热隧道内出来的凝胶粒进入第二段超声处理隧道,该超声波处理隧道长度为20米,隧道内超声波频率为32KHz,功率 0.5w/cm2,通过超声波对内层已经结晶固化的硅胶凝胶粒进行通孔与扩孔。经超声波二次通孔和扩孔后的凝胶粒进入第三段电加热隧道,该隧道内温度为130-150℃,长度为45米,凝胶粒在电加热隧道内被加热内部逐渐完全结晶固化,从电加热隧道内出来的凝胶粒进入第三段超声处理隧道,该超声波处理隧道长度为40米,隧道内超声波频率为40KHz,功率 0.6w/cm2。通过超声波对内层已经全部结晶固化的硅胶凝胶粒进行通孔与扩孔。经超声波三次通孔和扩孔后的凝胶粒用传送带传送至水洗罐内,水洗罐采用蒸汽加热,在水洗罐内添加浓度为1.5-2%(质量比)的邻苯二甲酸氢钾水溶液对凝胶粒进行老化处理,老化温度为40-50℃,老化时间为2.5-3.5h,之后放掉邻苯二甲酸氢钾水溶液,在水洗罐内添加浓度为2-2.5%(质量比)冰醋酸水溶液进行酸洗,酸洗温度为40-50℃,酸洗时间为3.5-4h,之后放掉冰醋酸水溶液,在水洗罐内添加1.5-2%(质量比)氨水水溶液进行碱洗,碱洗温度为40-50℃,碱洗时间为3.5-4h,之后放掉氨水水溶液,采用软化水水洗5遍,之后将物料采用烘干滚筒烘干,根据客户对外形尺寸要求采用气流粉碎分级机将物料气流粉碎分级后得到大孔容高比表面积硅胶产品。
本发明由于采用稀释后的浓硫酸溶液与硅酸钠溶液通过在反应釜内反应制得凝胶粒,通过控制浓硫酸溶液稀释的浓度,反应釜釜内温度,釜内搅拌器搅拌速度,硅酸钠稀释的浓度,硅酸钠溶液用量与釜内硫酸溶液质量的比值,反应时间,可以得到釜内大部分凝胶粒尺寸在2-3厘米之间。该尺寸凝胶粒通过三段电加热隧道及超声处理隧道,可以从外至内进行结晶固化及通孔与扩孔。由于釜内大部分凝胶粒尺寸在2-3厘米之间,可以对三段电加热隧道及超声处理隧道的技术参数进行合理设置,既节约了能源,又可以对凝胶粒从外至内进行结晶固化及通孔与扩孔进行精确控制,保证制出的产品孔容为1.8ml/-2.5ml/g,比表面积为550m2/g-650m2/g。
实施例2,本发明提到的一种大孔容高比表面积硅胶的制备方法,该产品制备方法具体如下:以模数为3.3±0.02,铁含量≤0.02%的优质硅酸钠和纯度为98%,杂质含量低于10ppm的浓硫酸为原料,将硅酸钠进行化料后稀释,稀释浓度为25±2%,稀释后硅酸钠溶液打入碱罐内,将浓硫酸用软化水稀释至35±2%,稀释后的硫酸溶液打入酸罐内。将碱罐和酸罐的溶液分别打入碱计量罐和酸计量罐内,碱计量罐和酸计量罐控温在40±3℃,搅拌速度为250r/min,碱计量压力控制在0.7±0.03MPa,酸计量罐压力控制在0.3±0.03MPa.打开酸阀,将硫酸溶液打入反应釜内,反应釜采用电加热,釜内温度控制在55-65℃,釜内采用搅拌器搅拌溶液,搅拌速度100-120r/min,打开碱阀,在反应釜内喷入硅酸钠溶液,硅酸钠溶液用量与釜内硫酸溶液质量的比值为120-130:100(质量比),硅酸钠溶液与硫酸溶液在反应釜内进行合成反应,控制反应时间40-50min,使釜内凝胶粒的尺寸大部分在2-3厘米之间,打开反应釜下的卸料阀门,反应后的凝胶粒落到网带上,凝胶粒通过网带传送机进入第一段电加热隧道,网带传送机传送速度为4米/分钟,该隧道内温度为90-100℃,长度为20米,凝胶粒在电加热隧道内被加热外层逐渐结晶固化,从电加热隧道内出来的凝胶粒进入第一段超声处理隧道,该超声波处理隧道长度为20米,隧道内超声波频率为25KHz,功率 0.4w/cm2。通过超声波对外层已经结晶固化的硅胶凝胶粒进行通孔与扩孔。经超声波一次通孔和扩孔后的凝胶粒进入第二段电加热隧道,该隧道内温度为110-130℃,长度为20米,凝胶粒在电加热隧道内被加热逐渐向内进行结晶固化,从电加热隧道内出来的凝胶粒进入第二段超声处理隧道,该超声波处理隧道长度为20米,隧道内超声波频率为32KHz,功率 0.5w/cm2。通过超声波对内层已经结晶固化的硅胶凝胶粒进行通孔与扩孔。经超声波二次通孔和扩孔后的凝胶粒进入第三段电加热隧道,该隧道内温度为130-150℃,长度为45米,凝胶粒在电加热隧道内被加热内部逐渐完全结晶固化,从电加热隧道内出来的凝胶粒进入第三段超声处理隧道,该超声波处理隧道长度为40米,隧道内超声波频率为40KHz,功率 0.6w/cm2。通过超声波对内层已经全部结晶固化的硅胶凝胶粒进行通孔与扩孔。经超声波三次通孔和扩孔后的凝胶粒用传送带传送至水洗罐内,水洗罐采用蒸汽加热,在水洗罐内添加浓度为1.5-2%(质量比)的邻苯二甲酸氢钾水溶液对凝胶粒进行老化处理,老化温度为40-50℃,老化时间为2.5-3.5h,之后放掉邻苯二甲酸氢钾水溶液,在水洗罐内添加浓度为2-2.5%(质量比)冰醋酸水溶液进行酸洗,酸洗温度为40-50℃,酸洗时间为3.5-4h,之后放掉冰醋酸水溶液,在水洗罐内添加1.5-2%(质量比)氨水水溶液进行碱洗,碱洗温度为40-50℃,碱洗时间为3.5-4h,之后放掉氨水水溶液,打入70-80℃的软化水按串四的方式水洗5遍,之后将物料通过网带传送机送至烘干滚筒烘干,烘干后的物料根据客户对外观尺寸的要求采用气流粉碎分级机将物料气流粉碎分级后得到孔容为1.8ml/-2.5ml/g,比表面积为550m2/g-650m2/g的大孔容高比表面积硅胶。
实施例3,本发明提到的一种大孔容高比表面积硅胶的制备方法,该产品制备方法与实施例1不同之处是:采用四段电加热和四段超声波通孔和扩孔,实现了四级通孔和扩孔,虽然成本会增加一些,但是可以控制的更加精细,使大孔容高比表面积的硅胶的质量更好。
具体过程如下:
(1)采用浓硫酸溶液和硅酸钠为原料,将浓硫酸溶液稀释至35±2%后打入反应釜内,反应釜采用电加热,釜内温度控制在55-65℃,釜内采用搅拌器搅拌溶液,搅拌速度100-120r/min,将硅酸钠进行化料后稀释至25±2%,在反应釜内喷入硅酸钠溶液,硅酸钠溶液用量与釜内硫酸溶液质量的比值为120-130:100,硅酸钠溶液与硫酸溶液进行合成反应,控制反应时间40-50min,得到釜内大部分凝胶粒尺寸在2-3厘米之间;
(2)打开反应釜下的卸料阀门,反应后的凝胶粒落到网带上,凝胶粒通过网带传送机进入第一段电加热隧道,该隧道内温度为90-95℃,长度为20米,凝胶粒在电加热隧道内被加热外层逐渐结晶固化,从电加热隧道内出来的凝胶粒进入第一段超声处理隧道,该超声波处理隧道长度为20米,隧道内超声波频率为25KHz,功率 0.4w/cm2,通过超声波对外层已经结晶固化的硅胶凝胶粒进行通孔与扩孔;
(3)经超声波一次通孔和扩孔后的凝胶粒进入第二段电加热隧道,该隧道内温度为96-110℃,长度为20米,凝胶粒在电加热隧道内被加热逐渐向内进行结晶固化,从电加热隧道内出来的凝胶粒进入第二段超声处理隧道,该超声波处理隧道长度为20米,隧道内超声波频率为32KHz,功率 0.5w/cm2,通过超声波对中层已经结晶固化的硅胶凝胶粒进行通孔与扩孔;
(4)经超声波二次通孔和扩孔后的凝胶粒进入第三段电加热隧道,该隧道内温度为110-130℃,长度为30米,凝胶粒在电加热隧道内被加热内部逐渐完全结晶固化,从电加热隧道内出来的凝胶粒进入第三段超声处理隧道,该超声波处理隧道长度为30米,隧道内超声波频率为36KHz,功率 0.5w/cm2,通过超声波对内层已经结晶固化的硅胶凝胶粒进行通孔与扩孔;
(5)经超声波三次通孔和扩孔后的凝胶粒进入第四段电加热隧道,该隧道内温度为130-150℃,长度为45米,凝胶粒在电加热隧道内被加热内部逐渐完全结晶固化,从电加热隧道内出来的凝胶粒进入第四段超声处理隧道,该超声波处理隧道长度为40米,隧道内超声波频率为40KHz,功率 0.6w/cm2,通过超声波对内层已经全部结晶固化的硅胶凝胶粒进行通孔与扩孔;
(6)经超声波四次通孔和扩孔后的凝胶粒用传送带传送至水洗罐内,水洗罐采用蒸汽加热,在水洗罐内添加质量百分比浓度为1.5-2%的邻苯二甲酸氢钾水溶液对凝胶粒进行老化处理,老化温度为40-50℃,老化时间为2.5-3.5h;
(7)之后放掉邻苯二甲酸氢钾水溶液,进行酸洗,之后再进行碱洗,最后通过软化水水洗,烘干、粉碎得到大孔容高比表面积硅胶产品。
其中,步骤(7)的具体步骤是:之后放掉邻苯二甲酸氢钾水溶液,在水洗罐内添加浓度为2-2.5%(质量比)冰醋酸水溶液进行酸洗,酸洗温度为40-50℃,酸洗时间为3.5-4h,之后放掉冰醋酸水溶液,在水洗罐内添加1.5-2%(质量比)氨水水溶液进行碱洗,碱洗温度为40-50℃,碱洗时间为3.5-4h,之后放掉氨水水溶液,采用软化水水洗5遍,之后将物料采用烘干滚筒烘干,根据客户对外形尺寸要求采用气流粉碎分级机将物料气流粉碎分级后得到大孔容高比表面积硅胶产品。
本实施例得到的凝胶粒通过四段电加热隧道及超声处理隧道,可以从外至内分四次进行结晶固化及通孔与扩孔,对凝胶粒实现更好的通孔与扩孔,由于反应釜内大部分凝胶粒尺寸在2-3厘米之间,可以对四段电加热隧道及超声处理隧道的技术参数进行合理设置,减少或避免通孔与扩孔出现破裂的情况,虽然相对于三段增加了一些能耗,但是可以对凝胶粒从外至内分四次进行结晶固化及通孔与扩孔,实现更加精确的控制,保证制出的产品孔容为1.8ml/-2.5ml/g,比表面积为550m2/g-650m2/g,其质量更高,进而可以应用于对硅胶要求更好的场合。
以上所述,仅是本发明的部分较佳实施例,任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此,依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换,尽属于本发明要求保护的范围。