[发明专利]一种高吸水量二氧化硅的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于分子筛合成技术领域，涉及一种高吸水量二氧化硅的制备方法。具体说是提供了一种使用便宜硅源，如水玻璃、硅溶胶或无定形二氧化硅，和成孔剂为原料制备的高吸水量二氧化硅及其制备方法。

背景技术

二氧化硅是一种多孔无机材料，广泛用于橡胶、农药、造纸、塑料加工等行业。近年来，多孔二氧化硅由于其低密度和高比表面积等特性，被用作绝缘、绝热材料，更由于多孔二氧化硅具有发达的孔结构，被用作吸附剂和催化剂载体，而在用作吸附剂时更多的是用作吸附水分的干燥剂。一般的二氧化硅的室温条件下（温度25℃，相对湿度50%）吸水量在30%（即1g二氧化硅样品在常温常压下的饱和吸水量为0.3g）左右。

通常多孔二氧化硅的制备是在酸性或碱性条件下，以阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂为模板剂，通过硅氧键的缩合而得到的。中国专利CN101962192A报道了一种高吸附性多孔二氧化硅吸附剂的制备方法，在相对湿度为95%时水分吸附量可达60%，制备的多孔二氧化硅的孔径为3-8nm。此制备方法对硅源的要求较高，需要硅醇盐正硅酸甲酯或正硅酸乙酯，虽然制备的二氧化硅的吸水量较高，但是硅源价格的昂贵限制了此种方法的大规模生产应用。同样CN101016156A以十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂，硅醇盐为硅源，在温和条件下制备介孔二氧化硅材料，所需反应时间（六天）相对较长，不利于工业生产。CN101880045A公布了一种高吸水性介孔分子筛MCM-41的制备方法，该方法需要对制备的MCM-41分子筛凝胶进行陈化和高温晶化，所需时间相对较长，优选方案中提到的时间均在2小时以上，而且高温晶化将带来更多的能耗，不利于工业中的高效节能生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种高吸水量二氧化硅的制备方法。

本发明制备高吸水量二氧化硅的具体过程为：

(1)反应混合物的制备：先将各原料工作液加热到一定温度，然后将硅源溶液倒入到合成釜中，在搅拌下再将表面活性剂溶液加入，搅拌均匀后，调节反应混合物的pH值为一定值。

(2)将反应混合物加热到老化温度，在搅拌下老化一定时间。

(3)将固体与母液分离，用去离子水洗涤和干燥。

(4)在一定温度下焙烧一定时间，即得高吸水量二氧化硅。

制备高吸水量二氧化硅采用的硅源为水玻璃、硅溶胶或无定形二氧化硅，考虑到生产成本，通常采用水玻璃为硅源。

本发明中采用阳离子型表面活性剂，可用下列分子结构式表示：

其中R₁，R₂、R₃为H或C₁-C₅的烷基，R’为C₅-C₂₄的烷基，X为OH^-、F^-，Cl^-或I^-离子的表面活性剂作为成孔剂。

本发明中采用无机酸调节反应混合物的pH值，所用的无机酸为盐酸、硫酸或硝酸，反应混合物的pH值为1-6，较佳选择为2-4。

本发明制备二氧化硅的方法中，各原料按氧化物分子摩尔比为：

A/SiO₂=0.015-0.25，H₂O/SiO₂=100-400 较佳选择为A/SiO₂=0.025-0.15，H₂O/SiO₂=180-250 其中A为表面活性剂（成孔剂）。

本发明制备二氧化硅的方法中，制备反应混合物的工作液温度范围为25-70℃，较佳选择为30-45℃。制备的反应混合物需要在一定温度下老化一定时间，老化温度范围为25-100℃，较佳选择的为50-70℃，老化时间在0.1小时以上，较佳选择为1.0-1.5小时。干燥后产物要经过500-600℃焙烧1小时以上，较佳选择为550℃焙烧3小时，即成为高吸水量二氧化硅。

本发明的制备方法，快速高效，能耗较低，不需要高温晶化，所用原料廉价。制备的二氧化硅比表面积在800-1200m²/g，孔体积在0.7-1.2cm³/g，孔直径大小在0.5-10nm的范围内，室温条件下（温度25℃，相对湿度50%）饱和吸水量大于70%。本发明的二氧化硅热稳定性好，吸水量随焙烧温度的升高而缓慢下降，因而适用范围广。

附图说明