[发明专利]一种以羟乙基纤维素为模板制备介孔二氧化硅材料的方法

说明书

本发明涉及一种以羟乙基纤维素为模板制备介孔二氧化硅材料的方法，具体包括以下步骤：1)将羟乙基纤维素加入水中，加热搅拌溶解得到羟乙基纤维素水溶液，然后将碱金属硅酸盐水溶液缓慢加入羟乙基纤维素水溶液中混合均匀，充分搅拌至得到澄清透亮的溶液，然后用酸溶液调节反应体系的pH值到5～6，静置1～24h得反应液；2)将反应液离心、干燥收集得到固体物质，将所得固体物质煅烧得到介孔二氧化硅材料。本发明以非离子表面活性剂为羟乙基纤维素模板剂组装介孔二氧化硅，采用了非传统的酸水解工艺合成出无定型介孔二氧化硅材料，原料资源丰富、可再生、生物相容性好，合成过程简单，制备条件温和可控，制备过程简单高效无毒。

技术领域

本发明属于无机材料技术领域，具体涉及一种用无机硅酸盐与纤维素类非离子型表面活性剂通过溶胶凝胶法合成介孔二氧化硅材料的方法。

背景技术

介孔硅材料孔径分布范围窄、大小可调，骨架稳定，结构规整有序，是良好的吸附剂载体，尤其是其表面易于功能化，可用以制备出不同表面性能的介孔吸附剂，通过引入特定功能的客体，使得介孔硅材料成为具有不同功能性的新材料适应不同的使用环境需求。另外，这些材料在吸附后易与母液分离，通过酸洗、焙烧或萃取等工序，可实现污染物资源化及吸附剂再生，因而在治理重金属、难降解有机物及染料脱色等方面具有良好的应用前景。

CN1348920A中，使用无机硅材料作为硅源，胶体微粒和嵌段共聚物为模板，在醇类溶剂中制备出了介孔二氧化硅材料，但是该反应溶胶-凝胶过程速度慢，溶剂大量蒸发后，材料收缩率很大，导致材料出现很多裂纹，且操作步骤繁琐。

CN1605562A中，使用油溶性硅源，以电解质水溶液、非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂混合形成的乳状液作为模板，制备出了介孔二氧化硅材料，但是该反应在引入了电解质的同时，也引进了大量的杂质，增加了后处理过程的难度。

CN1618736A中公开了一种单分散纳米介孔二氧化硅分子筛的制备，该方法以长链烷基季铵盐为模板剂、非离子表面活性剂为分散剂，在模板剂和分散剂混合的弱碱性溶液中使硅酸酯或碱金属硅酸盐的水溶液分散并进行水解缩合，从而得到白色浆状沉淀，沉淀过滤、干燥、焙烧得到介孔二氧化硅材料。该发明虽然制备条件相对温和，但是原料硅酸酯在体系中的浓度过低(质量浓度不超过10％)，大规模生产时势必造成设备体积过大，增加生产成本、能耗及污染物排放等。

目前合成介孔硅材料的主要硅源为硅酸酯，多为正硅酸乙酯(TEOS)，应用这类硅源合成成本较高，限制了介孔二氧化硅材料在工业上的应用。另外，主要利用阳离子表面活性剂或者是阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂复配作为模板，本发明采用廉价的无机硅酸盐作为硅源，采用羟乙基纤维素这类非离子表面活性剂作为模板，一方面可以大大降低合成成本，另外，纤维素是自然界中最丰富的天然高分子材料，原料资源丰富、可再生、可生物降解、无毒、生物相容性好，以羟乙基纤维素为原料，制备过程简单高效无毒，能够实现介孔二氧化硅材料的大规模工业生产和实际应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种以羟乙基纤维素为模板制备介孔二氧化硅材料的方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种以羟乙基纤维素为模板制备介孔二氧化硅材料的方法，具体包括以下步骤：

1)将羟乙基纤维素(HEC)加入水中，40～80℃加热搅拌溶解得到质量浓度为0.4～1％的羟乙基纤维素水溶液，然后将碱金属硅酸盐水溶液缓慢加入羟乙基纤维素水溶液中混合均匀，充分搅拌至得到澄清透亮的溶液，然后用酸溶液调节反应体系的pH值到5～6，静置1～24h得反应液；

2)将步骤1)所得反应液离心、干燥收集得到固体物质，将所得固体物质煅烧得到介孔二氧化硅材料。

按上述方案，步骤1)所述羟乙基纤维素粘度为250～6400mpa·s，25℃。