[发明专利]一种双模板法合成介孔有机硅空心球及其吸附应用

说明书

本发明涉及一种双模板法合成介孔有机硅空心球及其吸附应用，属于有机‑无机复合材料应用领域。以纳米碳酸钙和烷基三甲基铵盐类阳离子表面活性剂为双模板，正硅酸四乙酯和有机硅源为混合硅源在碱性条件下共水解缩聚，通过调节两种硅源的比例，实现对介孔有机硅空心球墙壁孔径，吸水性能和结构参数的调控。经过酸性条件下回流去除纳米碳酸钙和烷基三甲基铵盐类阳离子表面活性剂模板后得到介孔有机硅空心球，具有介孔墙壁，较大的比表面积和孔容，优异的疏水性，用于VOCs吸附，吸量大且性能稳定。

技术领域

本发明涉及一种双模板法合成介孔有机硅空心球及其吸附应用，属于有机-无机复合材料应用领域。

背景技术

油气是一种可挥发性有机物，肆意的排放和浪费有许多严重的危害。活性炭，沸石和超交联聚合物树脂是控制VOCs的3种主要吸附材料，尤其是活性炭，是使用最广泛的吸附剂材料，由于其良好的物理和化学特性，例如，比表面积大，官能团丰富，化学稳定性好，高机械强度和耐酸碱性。但是活性炭导热系数很低，容易在炭层内部积蓄热量，不仅导致炭层劣化，同时也使得其油气解吸能力偏低，限制了活性炭在油气吸附领域的更广泛应用[Zhang X,Gao B,Creamer A E,et al.Adsorption of VOCs onto engineered carbonmaterials:A review[J].Journal of hazardous materials,2017,338:102-123.]。

吸附法作为分离回收油气的最关键因素，吸附剂的优劣影响着整个分离回收技术的成本、效果和安全性问题，目前常用的几种油气吸附剂均存在着不同的问题，开发一种具有高吸附容量、高解吸效率、安全且可重复使用的新型油气吸附剂显得极具意义。

多孔纳米二氧化硅材料具有比表面积大、孔道丰富、热稳定性好等众多优点，一直都是纳米材料领域中的研究热点，并且已经可以由许多成熟而简单的工艺来制备。具有独特空腔结构的纳米多孔二氧化硅材料相比其他吸附材料而言具有更大的吸附容量，良好的热稳定性，是一种潜在的替代活性炭的新型VOCs吸附材料。常用的纳米空心二氧化硅材料的合成方法包括硬模板法、软模板法以及自模板法，均是利用模板作为壳层生长的骨架，最终使得空心材料的形貌和空腔尺寸与模板一致。但是硬模板的模板很难去除，壳易坍陷；软模板合成的空心氧化硅材料的粒径不均一，壳层厚度难以控制；自模板法影响因素复杂。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于采用一种双模板法合成介孔有机硅空心球，以纳米碳酸钙(CaCO₃)和烷基三甲基铵盐类阳离子表面活性剂为双模板，在碱性条件下，通过正硅酸四乙酯(TEOS)和有机硅源的共缩合反应，制备介孔有机硅空心球，酸洗除去模板，并将其用于VOCs吸附；所制备的介孔有机硅空心球具有介孔墙壁，大的比表面积和孔容，优异的疏水性、VOCs吸量大且吸附性能稳定。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种双模板法合成介孔有机硅空心球的方法，具体步骤如下：

步骤(1)介孔有机硅球的合成

将烷基三甲基铵盐型阳离子表面活性剂溶解在水中，在30℃条件下磁力搅拌形成澄清溶液A；将碳酸钙(CaCO₃)分散在乙醇(EtOH)中，在30℃条件下磁力搅拌约30min，此为溶液B，然后将两种溶液在30℃条件下混合；缓慢加入氨水将混合溶液的pH值调节至10-12，继续搅拌30min后，滴加入正硅酸四乙酯(TEOS)和有机硅源混合物，并在30℃条件下搅拌24h，将所得乳白色溶液过滤，用H₂O洗涤至中性，再用EtOH洗涤一次，在60-90℃真空烘箱中干燥5-8h。