一种高比表面积与高吸附VOC型二氧化硅及其制备方法技术

本发明专利技术属于二氧化硅技术领域，具体涉及一种高比表面积与高吸附VOC型二氧化硅及其制备方法。本发明专利技术制备方法包括S1、往反应罐中注入硫酸溶液，常温下搅拌，再加入ZSM‑5型沸石分子筛，继续搅拌；S2、搅拌下继续滴加硅酸钠溶液，滴加至体系pH值为4.8～5.0时，减小滴加速度，控制终点pH值为5.4～5.7，停止滴加硅酸钠溶液，继续搅拌至溶液形成粘稠状凝胶后，静止；S3、将粘稠状凝胶取出后，用抽滤机将水分排出，烘干，取出破碎、洗涤、烘干，制得二氧化硅。本发明专利技术方法步骤简单，条件可控，工艺稳定，生产成本低，适合工业化生产，且产品对VOC净化效果显著，具有广泛的应用前景。

A kind of VOC-type silica with high specific surface area and high adsorption and its preparation method

The invention belongs to the technical field of silicon dioxide, in particular to a high specific surface area and VOC type silicon dioxide with high adsorption and a preparation method thereof. The preparation method of the invention comprises S1, injecting sulfuric acid solution into the reaction tank, stirring at room temperature, adding ZSM zeolite 5 zeolite, stirring continuously, stirring S2, stirring continuously, adding sodium silicate solution, dropping to the system pH value of 4.8 ~ 5, reducing the droplet acceleration, controlling the end point pH value of 5.4 ~ 5.7, stopping dropping the sodium silicate solution, and stirring until the solution forms viscous gel. Static, S3, remove the sticky gel, drain the water with a filter, dry, remove, crush, wash and dry, and prepare silicon dioxide. The method has the advantages of simple steps, controllable conditions, stable process, low production cost, and is suitable for industrial production. The product has remarkable VOC purification effect, and has broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种高比表面积与高吸附VOC型二氧化硅及其制备方法
本专利技术属于二氧化硅
，具体涉及一种高比表面积与高吸附VOC型二氧化硅及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着生活水平的不断提高，居住条件的不断改善，人们越来越注重可挥发性有机化合物(VolatileOrganicCompouds，VOC)污染问题。常规的VOC净化方法主要包括：吸收法、吸附法、催化法、燃烧法、冷凝法、生物法等。与其它方法相比，吸附法具有低污染、高效、经济实用等特点。目前常用的多孔吸附剂包括硅藻土、活性炭、膨润土和二氧化硅等，而二氧化硅吸附剂具有无毒、无味、无污染、流体力学性能好、机械强度高等特点，因而被广泛应用。目前，传统的二氧化硅产品大多表观密度低，比较面积和内部孔体积小，不利于用于吸附VOC气体。而作为吸附剂用的二氧化硅大多采用硅酸乙酯等有机硅作为硅源，虽然使得比较面积有所提升，但是孔体积较小，对VOC气体的吸附效果不明显，且制备方法繁琐，成本高昂，不利于实际的生产和推广使用。而以硅酸钠作为硅源的沉淀法相对简单，且能耗小、成本低，易于工业化，可是在该方法中，二氧化硅的性状容易受到制备条件的影响。例如专利文献CN107324346A公开了一种高比表面积高吸油值二氧化硅的制备方法，该方法包括S1、往反应釜中注入浓度为0.8～1.5mol/L的硫酸钠溶液6～10m3，加热至70～90℃；S2、加入浓度为3.0～5.0mol/L的硫酸溶液，所述硫酸溶液的流速为1.5～2.5m3/h，接着以10～15m3/h的速度加入水玻璃溶液，并调节硫酸溶液的流速为1.5～2.5m3/h，以控制反应过程的pH值为5.5～6.5，并流反应10～20min后，调节硫酸溶液的流速为1.0～2.0m3/h，控制反应过程的pH值为8.5～9.5，并流反应10～20min；S3、调节步骤S2的反应终点的pH值为7.0，在温度为70～90℃，搅拌下陈化反应10～30min后，压滤，洗涤，除去硫酸盐，干燥、粉碎，即得。该方法制得的二氧化硅的比表面积大于475.45m2/g，吸油值大于322ml/100g，对表面活性剂具有较高的负载量。可是该方法需要在70～90℃下高温进行，能耗大，不利于工业化。再如专利文献CN105129806A公开了一种洗衣粉用高比表面积二氧化硅的制备方法，该方法包括S1、往反应罐中加入水，加热升温至65～75℃，然后加入甘油，搅拌均匀；S2、同时加入水玻璃和硫酸，当体系pH值为2.0～3.0时停止加硫酸，陈化1.5～2.5h；S3、将陈化后的二氧化硅物料进行压滤洗涤、干燥破碎，即得。该方法制得二氧化硅的比表面积为600～700m2/g，孔容为2.8～3.0cm3/g，孔径为16～20nm。该二氧化硅的比表面积、孔体积及孔径均较大，可是实际应用中对VOC的吸附效果不佳，这是因为中介孔(12～50nm)内发生毛细管凝缩现象，导致吸附能力减弱；同时该方法同样需要加热，能耗大，还需要使用甘油作为助剂。因此，现有高比表面积二氧化硅对VOC的吸附效果有限，并且其制备方法能耗大、成本高，故急需研发一种工艺简单、成本低廉，比表面积大、孔体积和孔径适中且对VOC吸附效果显著的二氧化硅产品以满足市场需求。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题(如工艺能耗大、成本高，产品对VOC的吸附效果差等)，本专利技术提供了一种高比表面积与高吸附VOC型二氧化硅的制备方法，该制备方法在常温下进行，采用碱滴加酸的反应方式，复合ZSM-5型沸石分子筛，并且严格控制反应物料的浓度、加料速度和pH值等条件，制得高比表面积与高吸附VOC型二氧化硅。本专利技术提供的高比表面积与高吸附VOC型二氧化硅的制备方法，具体包括以下步骤：S1、往反应罐中注入硫酸溶液1.5～2.5m3，常温下搅拌，再加入ZSM-5型沸石分子筛，继续搅拌10～20min；S2、搅拌下继续滴加硅酸钠溶液，控制滴加速度为0.4～0.6m3/h，滴加至体系pH值为4.8～5.0时，减小滴加速度至0.02～0.03m3/h，控制终点pH值为5.4～5.7，停止滴加硅酸钠溶液，继续搅拌至溶液形成粘稠状凝胶后，静止80～120min；S3、将粘稠状凝胶取出后，用抽滤机将水分排出，置于90～120℃下烘干8～12h，再取出进行破碎、洗涤、烘干，制得高比表面积与高吸附VOC型二氧化硅。进一步地，所述硫酸溶液的浓度为0.3～0.4mol/L。进一步地，所述搅拌的速度为30～40Hz。进一步地，所述ZSM-5型沸石分子筛的加入量为12～27kg。进一步地，所述ZSM-5型沸石分子筛的硅铝摩尔比大于300，比表面积大于300m2/g，粒径为5～20μm。进一步地，所述硅酸钠溶液的浓度为0.6～0.8mol/L，所述硅酸钠的模数为3.0～3.5。相应地，本专利技术还提供了由上述高比表面积与高吸附VOC型二氧化硅的制备方法制得的二氧化硅，该二氧化硅的比表面积360～420m2/g，孔体积0.6～2.0cm3/g，孔径7～10nm，在35℃下净化浓度为2mg/m3甲苯的净化率≥90％，净化效果显著，应用范围广泛。本专利技术的反应机理如下：本专利技术以稀硫酸为反应底液，加入一定量的硅铝ZSM-5型沸石分子筛搅拌至均匀，再在常温下滴加一定浓度的水玻璃并搅拌反应，通过控制终点pH值使产物形成凝胶，最后将凝胶经过压滤、烘干、破碎、过筛、洗涤等步骤后即可得到高比表面积与高吸附VOC二氧化硅。更具体地，本专利技术使用浓度较低的0.3～0.4mol/L硫酸溶液与0.6～0.8mol/L硅酸钠溶液进行反应，且采用往酸滴加碱的方式进行反应。因为在酸性溶液中，硅酸分子的配位数为6，此时硅酸分子和正一价硅酸离子进行羟联反应，形成双硅酸，由双硅酸、三硅酸、多硅酸一直聚合下去便形成了硅溶胶，直至形成硅凝胶。硅溶胶在凝胶过程中，粒子进一步长大，当溶胶中SiO2的含量超过一定量时，这些初级粒子相互凝结形成开放而连续的凝胶网络结构，在此凝胶中粒子可以断续缩合形成Si-O-Si键，使体系具有一定的刚性。且低浓度的酸与碱反应可以有效延长反应时间，使反应完全进行，并使成核的粒子能够充分长大，有较大的孔体积，进一步增大其比表面积。其次，本专利技术在反应前掺入硅铝比大于300的ZSM-5型沸石分子筛，掺入量为10％～20％，因为沸石骨架结构中的基本单元是由4个氧原于和1个硅或铝原子堆砌而成的四面体，因此具有很大的空腔结构，能吸附水或气体分子，且ZSM-5型的沸石分子筛骨架中Si原子被Al原子代替时，沸石骨架将带有负电荷，这种负电荷由处在骨架外的单价或多价阳离子来补偿，在吸附性能上呈现出对极性分子有较高的亲和力，对于大小相近的分子，极性越大则越易被分子筛吸附。VOC中的气体大多含有极性键，例如：OH-、＝CO2、-NH4和一些能够给极化的分子(如＝C＝C＜、C6H5-)，因此加入沸石可以有效吸附VOC。而本专利技术选用硅铝比大于300的沸石的原因在于，在沸石的结构中，随着铝原子脱附沸石骨架结构，使得沸石表面的微孔体积和比表面积增加，空气中的VOC的直径在0.2～0.6nm，沸石孔径在2nm内，吸附VOC主要靠微孔吸附，而微孔体积的增大可以有效增加VOC的吸附量。同时，沸石的掺入比例大于20％时，产品硬度偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高比表面积与高吸附VOC型二氧化硅的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、往反应罐中注入硫酸溶液1.5～2.5m3，常温下搅拌，再加入ZSM‑5型沸石分子筛，继续搅拌10～20min；S2、搅拌下继续滴加硅酸钠溶液，控制滴加速度为0.4～0.6m3/h，滴加至体系pH值为4.8～5.0时，减小滴加速度至0.02～0.03m3/h，控制终点pH值为5.4～5.7，停止滴加硅酸钠溶液，继续搅拌至溶液形成粘稠状凝胶后，静止80～120min；S3、将粘稠状凝胶取出后，用抽滤机将水分排出，置于90～120℃下烘干8～12h，再取出进行破碎、洗涤、烘干，制得高比表面积与高吸附VOC型二氧化硅。

【技术特征摘要】
1.一种高比表面积与高吸附VOC型二氧化硅的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、往反应罐中注入硫酸溶液1.5～2.5m3，常温下搅拌，再加入ZSM-5型沸石分子筛，继续搅拌10～20min；S2、搅拌下继续滴加硅酸钠溶液，控制滴加速度为0.4～0.6m3/h，滴加至体系pH值为4.8～5.0时，减小滴加速度至0.02～0.03m3/h，控制终点pH值为5.4～5.7，停止滴加硅酸钠溶液，继续搅拌至溶液形成粘稠状凝胶后，静止80～120min；S3、将粘稠状凝胶取出后，用抽滤机将水分排出，置于90～120℃下烘干8～12h，再取出进行破碎、洗涤、烘干，制得高比表面积与高吸附VOC型二氧化硅。2.如权利要求1所述高比表面积与高吸附VOC型二氧化硅的制备方法，其特征在于，所述硫酸溶液的浓度为0.3～0.4mol/L。3.如权利要求1所述高比表面积与高吸附VOC型二氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄真，任振雪，林英光，高文颖，张梦梅，
申请(专利权)人：广州市飞雪材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44