[发明专利]一种多孔氧化硅及其制备方法和应用

说明书

本公开涉及一种多孔氧化硅及其制备方法和应用。该多孔氧化硅具有包括大孔和小孔的双级孔结构，所述大孔的孔径为10‑40nm，所述小孔的孔径为1‑5nm。本公开提供的具有双级孔结构的多孔氧化硅，具有较大的比表面积，对于不同尺寸的物质均具有较好的吸附性能；并且制备方法操作简单，原料成本低，可实现固体废物的资源化利用。该多孔氧化硅在吸附气体和/或液体中的有机物中的应用中均具有良好的吸附效果。

技术领域

本公开涉及多孔材料制备及固体废物资源化利用领域，具体地，涉及一种多孔氧化硅及其制备方法和应用。

背景技术

多孔氧化硅在吸附、催化、分子分离、药物传递和储能等多种领域具有广泛应用，其制备技术已比较成熟。但由于传统合成方法主要以正硅酸乙酯、硅酸钠或气相纳米氧化硅为硅源，价格昂贵，一定程度限制了其工业应用，寻找替代硅源成为研究热点。此外，大比表面积、特定形貌或特殊孔径的氧化硅材料应用于吸附、催化、分子分离及药物传递等领域时具有独特优势，因此，该类材料的合成也引起广泛关注和研究。

煤气化飞灰是煤气化不可避免产生的固体废物。随着以煤气化为基础进行发电及制备化工产品的技术在国内外的大规模应用，煤气化飞灰的产量不断增加。目前，煤气化飞灰的处理方式主要是填埋或用于制备建筑材料，如水泥。填埋不仅会造成资源浪费，而且会造成环境污染；建材领域的应用受建材市场的限制，目前这一领域的市场已经趋于饱和，且随着建材领域原料价格的下滑和应用标准的提升，煤气化飞灰应用于建材领域并不占优势，而且由于部分煤化工园区附近并无建材市场，使得煤气化飞灰的资源化消纳成为企业面临的难题。因此，研究开发煤气化飞灰在非建材领域的高附加值及创新型应用途径，对于推动煤化工企业的经济、高效、清洁发展具有重要意义。

煤气化飞灰在化学组成上与燃煤电厂产生的飞灰相近，主要成分均为SiO₂、Al₂O₃、CaO、Fe₂O₃和残余碳等，其中SiO₂含量约占飞灰无机成分的50％，是制备硅基材料的廉价原料。目前已有燃煤飞灰制备氧化硅的报道。CN109354029A介绍了一种粉煤灰合成介孔氧化硅的方法，通过预脱硅、焙烧、酸浸及水热晶化等步骤制备得到比表面积约为700m²/g的介孔氧化硅，该方法涉及酸浸产生较多酸液，不利于环境保护。CN103787354A公开了一种利用粉煤灰制备MCM-41(有序介孔氧化硅)分子筛的方法和应用，采用粉煤灰碱熔活化、氧化硅提取及晶化反应制备得到了MCM-41，该分子筛对六价铬具有良好的吸附能力，但碱熔活化易造成设备腐蚀，且得到的氧化硅比表面积较小。CN106517222A公开了一种粉煤灰合成有序介孔纳米二氧化硅的方法，采用CO₂辅助沉淀法合成了具有规则孔道结构、比表面积大于1000m²/g、平均孔径2.5-3.5nm的有序介孔二氧化硅。该方法创新利用废气中的CO₂调节酸度，但工艺流程相对较长，且氧化硅为单一孔径。文献(Journal of Cleaner Production,212,2019,1062-1071)介绍了一种煤气化细渣制备介孔氧化硅的方法，采用酸溶解法制备得到介孔氧化硅，但酸的大量使用易造成设备腐蚀和环境污染，且该方法得到的介孔氧化硅比表面积较小。

发明内容

本公开的目的是提供一种多孔氧化硅及其制备方法和应用，所述孔氧化硅制备成本低、方法简单、比表面积大且具有不同尺寸的双级孔结构，吸附性更好。

为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种多孔氧化硅，该多孔氧化硅具有包括大孔和小孔的双级孔结构，所述大孔的孔径为10-40nm，所述小孔的孔径为1-5nm。

可选地，所述大孔的孔径为15-33nm，所述小孔的孔径为2-4nm。

可选地，所述大孔和小孔的比表面积的比为0.01-0.08，优选为0.02-0.05；所述大孔的体积和小孔的体积的比为0.08-0.60，优选为0.16-0.40。