CN110818902B - 一种酰氧化聚硅酸化合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种酰氧化聚硅酸的制备方法，包括以下步骤：1)将硅酸钠水溶液、酸酐(或有机酸与浓硫酸)以1:1～3:1的体积比混合得到混合溶液；2)将上述混合溶液转入水热反应釜中，在60‑100℃水热温度下反应1‑4个小时；3)将反应后的混合溶液自然冷却至室温，加入饱和NaHCO3水溶液调节混合溶液pH至酸性，固液分离后，将所得固体用水洗涤；4)在一定温度下将上述固体置于真空干燥箱中，干燥得到酰氧化聚硅酸。本发明制备得到的酰氧化聚硅酸在酸性条件下能够稳定的存在，不易分解，且不会形成凝胶以及丁达尔现象，不仅可在污水处理中作絮凝剂使用，也可在土壤重金属污染和盐碱化治理中作固定剂使用，且治理效果较好，制备工艺简单，便于大量的制备应用。

Description

一种酰氧化聚硅酸化合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及到聚硅酸类化合物制备领域，具体涉及一种酰氧化聚硅酸化合物及其制备方法。
背景技术
聚硅酸类物质具有多种物理化学功能，其在污水处理中占有很重要的地位，常备用作絮凝剂、阻垢剂等，聚硅酸类物质同时也是重要的金属离子固定剂，能够用于土壤重金属污染和盐碱化治理。
但现有的聚硅酸类化合物具有热不稳定性以及在酸性条件下容易形成凝胶的特性，且其制备工艺较为复杂，不易制得，不便于大量制备应用。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种酰氧化聚硅酸化合物及其制备方法。本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种酰氧化聚硅酸，其包括乙酰氧化聚硅酸或丙酰氧化聚硅酸，所述乙酰氧化聚硅酸的结构为：
Figure BDA0002261299580000011
两者为互变异构体；
所述丙酰氧化聚硅酸的结构为：
Figure BDA0002261299580000012
两者为互变异构体。
本发明的另一目的在于提供两种酰氧化聚硅酸的制备方法，其中，第一种方法的操作步骤如下：
1)将硅酸钠水溶液、醋酸酐以1:1～3:1的体积比混合得到混合溶液；
2)将上述混合溶液转入水热反应釜中，在60-100℃温度下水热反应1-4个小时；
3)将反应后的混合溶液自然冷却至室温，加入饱和NaHCO3水溶液调节混合溶液pH值至弱酸性，固液分离后，将所得固体用水洗涤；
4)在一定温度下将上述固体置于真空干燥箱中，干燥得到酰氧化聚硅酸。
制备酰氧化聚硅酸的第二种方法包括以下步骤：
1)将硅酸钠水溶液、有机酸以1:1～3:1的体积比混合得到混合溶液A，并向混合溶液A中加入浓硫酸催化，得混合溶液B；所述有机酸为醋酸或丙酸；
2)将上述混合溶液B转入水热反应釜中，在60-100℃温度下水热反应1-4个小时，得混合溶液C；
3)将反应后的混合溶液C自然冷却至室温，加入饱和NaHCO3水溶液调节混合溶液pH值至弱酸性，固液分离后，将所得固体用水洗涤；
4)在一定温度下将上述固体置于真空干燥箱中，干燥得到酰氧化聚硅酸。
作为上述两种制备方法的优选，步骤2)中的混合溶液的颜色稳定时反应结束。
作为上述两种制备方法的优选，步骤3)中混合溶液的pH值调节到5.5-6.5，控制在该pH范围有利于沉淀的析出。
作为上述两种制备方法的优选，步骤3)中固液分离方法包括离心分离。
作为上述两种制备方法的优选，步骤4)中干燥温度为50℃。
本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：1)本发明所制备的酰氧化聚硅酸在酸性条件下能够稳定的存在，不易分解，且不会形成凝胶以及丁达尔现象，不仅可在污水处理中作絮凝剂使用，也可在土壤重金属污染和盐碱化治理中作固定剂使用，且治理效果较好；2)本发明的制备工艺简单，容易制得，便于大量的制备应用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明保护了一种酰氧化聚硅酸，其具体为乙酰氧化聚硅酸或丙酰氧化聚硅酸，其中，乙酰氧化聚硅酸的结构为：
Figure BDA0002261299580000021
两者为互变异构体；
所述丙酰氧化聚硅酸的结构为：
Figure BDA0002261299580000031
两者为互变异构体。
本发明还提供了两种酰氧化聚硅酸的制备方法，其中，第一种制备方法包括以下步骤：
1)将硅酸钠水溶液、醋酸酐以1:1～3:1的体积比混合得到混合溶液；
2)将上述混合溶液转入水热反应釜中，在60-100℃温度下水热反应1-4个小时；当混合溶液在水热过程中的颜色无明显变化时即停止水热反应，通过研究发现，不同混合溶液的水热反应时间均在1-4个小时内；
3)将反应后的混合溶液自然冷却至室温，加入饱和NaHCO3水溶液调节体系pH值到5.5-6.5，并通过离心完成固液分离，将所得固体用水洗涤以去除多余杂质；
4)将上述固体置于真空干燥箱中，干燥温度为50℃，干燥得到乙酰/丙酰氧化聚硅酸。
本发明提供的另一种制备方法包括以下步骤：
1)将硅酸钠水溶液、有机酸以1:1～3:1的体积比混合得到混合溶液A，并向混合溶液A中加入适量浓硫酸进行催化，得到混合溶液B；所述有机酸为醋酸或丙酸；
2)将上述混合溶液B转入水热反应釜中，在60-100℃温度下水热反应1-4个小时，得混合溶液C；当混合溶液在水热过程中的颜色无明显变化时即停止水热反应，通过研究发现，不同混合溶液的水热反应时间均在1-4个小时；
3)将反应后的混合溶液C自然冷却至室温，加入饱和NaHCO3水溶液调节混合溶液pH值到5.5-6.5，通过离心完成固液分离，将所得固体用水洗涤；
4)将上述固体置于真空干燥箱中，干燥温度为50℃，干燥得到乙酰/丙酰氧化聚硅酸。
将通过本发明所述技术方案得到的酰氧化聚硅酸，其中乙酰氧化聚硅酸的结构式为C2H6O6Si2，分子量为：8000-13000；丙酰氧化聚硅酸的结构式为C3H8O6Si2，分子量为：9000-130007。
实施例1
使用醋酸制备乙酰氧化聚硅酸及其表征：
1)将1L硅酸钠水溶液(模数3.4，SiO2含量10％)和500mL醋酸(99％纯度)混合，并滴加20mL浓硫酸得到混合溶液A；
2)将上述混合溶液A\转入水热反应釜中，在60℃水热反应温度下反应4小时，得到混合溶液B；
3)将混合溶液B自然冷却至室温，用饱和NaHCO3水溶液调节混合溶液B的pH＝5.5，经过离心后，将所得固体用水洗涤；
4)在50℃温度下于真空干燥箱中干燥，得到乙酰氧化聚硅酸A；
由上述步骤所制得的乙酰化聚硅酸A的FTIR的特征峰分别为：3409.27cm-1，1731.56cm-1,1660.56cm-1，1272.36cm-1,1032.21cm-1,960.31cm-1,844.81cm-1，元素分析结果为：C2H6O6Si2，特性粘度法测定相对分子量为：8600。乙酰氧化聚硅酸的结构存在两种互变异构体，分别为：
Figure BDA0002261299580000041
实施例2
使用醋酸酐制备乙酰氧化聚硅酸及其表征：
1)将1L硅酸钠水溶液(模数3.4，SiO2含量10％)和100mL醋酸酐(99％纯度)混合，得到混合溶液A；
2)将上述混合溶液A转入水热反应釜中，在100℃水热反应温度下反应1小时，得到混合溶液B；
3)将混合溶液B自然冷却至室温，用饱和NaHCO3水溶液调节将混合溶液B的pH＝6.5，经过离心后，将所得固体用水洗涤；
4)在50℃温度下于真空干燥箱中干燥，得到乙酰氧化聚硅酸B；
由上述步骤所制得的乙酰化聚硅酸B的FTIR的特征峰分别为：3432.05cm-1，1759.11cm-1,1680.77cm-1，1290.26cm-1，1053.69cm-1，980.85cm-1，874.32cm-1，元素分析结果为：C2H6O6Si2，特性粘度法测定相对分子量为：12036。乙酰氧化聚硅酸的结构存在两种互变异构体，分别为：
Figure BDA0002261299580000042
实施例3
使用丙酸制备丙酰氧化聚硅酸及其表征：
1)将1L硅酸钠水溶液(模数3.4，SiO2含量10％)和500mL丙酸(98％纯度)混合，并滴加20mL浓硫酸得到混合溶液A；
2)将上述混合溶液A转入水热反应釜中，在60℃水热反应温度下反应4小时，得到混合溶液B；
3)将混合溶液B自然冷却至室温，用饱和NaHCO3水溶液调节将混合溶液B的pH＝6，经过离心后，将所得固体用水洗涤；
4)在50℃温度下于真空干燥箱中干燥，得到丙酰氧化聚硅酸；
由上述步骤所制得的丙酰氧化聚硅酸的FTIR的特征峰分别为：3419.47cm-1，1739.11cm-1,1669.05cm-1，1303.36cm-1,1034.28cm-1,967.01cm-1,845.66cm-1，元素分析结果为：C3H8O6Si2，特性粘度法测定分子量为：9356。丙酰氧化聚硅酸的结构存在两种互变异构体，分别为：
Figure BDA0002261299580000051
下面以上述实施例1～3制备的酰氧化聚硅酸进行技术效果验证：
应用例1
一、凝胶形成的难易度实验：
本实施例中，通过观察在pH＝3的盐酸水溶液中是否形成凝胶和是否有丁达尔现象来确定形成胶体的难易程度。
1)取通过上述实施例1～3制备的乙酰氧化聚硅酸A、乙酰氧化聚硅酸B、丙酰氧化聚硅酸，以及PSAC(聚硅酸氯化铝)、PASS(聚硅酸硫酸铝)、聚硅酸各10g，分别加入到50mlpH＝3的盐酸水溶液中，然后搅拌30min；
2)观察上述混合物确定是否形成凝胶；
3)使用激光笔观察是否有丁达尔现象。
观察结果如下：
Figure BDA0002261299580000061
由上表可知，在酸性条件下，通过本发明所述方法制得的乙酰氧化聚硅酸和丙酰氧化聚硅酸既不会形成凝胶，也不会有丁达尔现象出现，因而可充分说明本发明所制备的酰氧化聚硅酸具有在酸性条件下稳定性良好的特点，这可使其在酸性条件下作为絮凝剂和吸附剂来使用。
下面以乙酰氧化聚硅酸为例，作为吸附剂固定土壤中水溶性盐。
应用例2
乙酰氧化聚硅酸转化固定盐碱地中水溶性盐的实验：
a)将实施例1制备的乙酰氧化聚硅酸10g溶于500mL醋酸中；
b)将上述混合溶液和100g盐碱化(重度盐碱化：水溶性盐含量0.450％，pH等于8.2)土壤混合搅拌30min；
c)普通日照条件下曝晒干上述土壤混合物；
d)研磨曝晒干的土壤混合物为粉末；
e)采用残渣烘干法测定水溶性盐降低为0.12％以下(轻度盐碱化)；八大离子测定总盐量降低44.6％，其中碳酸根和碳酸氢根离子降低90％。
由此表明，本发明制备的乙酰氧化聚硅酸可以在土壤重金属污染和盐碱化治理中作固定剂使用，且治理效果较好，制备工艺简单，容易制得，便于大量的制备应用。同样的，丙酰氧化聚硅酸也能够由类似的固定效果。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种酰氧化聚硅酸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将硅酸钠水溶液、醋酸酐以1:1~3:1的体积比混合得到混合溶液；
2）将上述混合溶液转入水热反应釜中，在60-100℃温度下水热反应1-4个小时；
3）将反应后的混合溶液自然冷却至室温，加入饱和NaHCO3水溶液调节混合溶液pH至弱酸性，固液分离后，将所得固体用水洗涤；
4）在一定温度下将上述固体置于真空干燥箱中，干燥得到酰氧化聚硅酸。
2.一种酰氧化聚硅酸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将硅酸钠水溶液、有机酸以1:1~3:1的体积比混合得到混合溶液A，并向混合溶液A中加入浓硫酸催化，得混合溶液B；所述有机酸为醋酸或丙酸；
2）将上述混合溶液B转入水热反应釜中，在60-100℃温度下水热反应1-4个小时，得混合溶液C；
3）将反应后的混合溶液C自然冷却至室温，加入饱和NaHCO3水溶液调节混合溶液pH至弱酸性，固液分离后，将所得固体用水洗涤；
4）在一定温度下将上述固体置于真空干燥箱中，干燥得到酰氧化聚硅酸。
3.根据权利要求1或2所述的酰氧化聚硅酸的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中混合溶液的颜色稳定时反应结束。
4.根据权利要求1或2所述的酰氧化聚硅酸的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中混合溶液的pH值调节到5.5-6.5。
5.根据权利要求1或2所述的酰氧化聚硅酸的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中固液分离方法为离心分离。
6.根据权利要求1或2所述的酰氧化聚硅酸的制备方法，其特征在于，所述步骤4）中干燥温度为50℃。
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