一种多孔二氧化硅双球壳中空复合微球及其制备方法和其应用技术

本发明专利技术公开了一种多孔二氧化硅双球壳中空复合微球的制备方法，该方法包括如下步骤：1)对空心微球进行表面处理；2)通过电解质辅助溶胶

【技术实现步骤摘要】
一种多孔二氧化硅双球壳中空复合微球及其制备方法和其应用


[0001]本专利技术涉及粉体材料
更具体地，涉及一种多孔二氧化硅双球壳中空复合微球及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着国家经济的快速发展，水体污染问题日益严重，寻找高效地污水处理材料迫在眉睫。吸附法作为一种低能耗、低污染、高效率的处理技术，在污水处理领域发挥着极其重要的作用。传统的吸附剂材料包括无机多孔吸附材料、有机聚合物吸附材料、絮凝剂、凝胶型吸附剂等。其中，负载型吸附剂因其材料复合化、功能多样化而得到广泛关注。然而，运用常见的溶剂热、溶液法等方法制备得到的负载型吸附剂，通常会存在界面作用力弱、单独成核等问题，特别是在微米级载体表面负载功能物种。此外，为避免吸附剂对水体造成二次污染，其分离回收和循环利用性亦有待改进。

技术实现思路

[0003]基于以上问题，本专利技术的第一个目的在于提供一种多孔二氧化硅双球壳中空复合微球的制备方法。该制备方法为改进的溶胶-凝胶法，通过微球表面处理和添加电解质的方式，实现了微米级空心微球表面多孔二氧化硅层的有效包覆，并且通过调控实验条件实现了对多孔二氧化硅包覆厚度和孔径的调节。
[0004]本专利技术的第二个目的在于提供一种自漂浮型多孔二氧化硅双球壳中空复合微球。该中空复合微球在水体中具有好的分离性，将其作为吸附剂用于污水处理时，不仅具有很好的吸附能力，还具有很好的分离性。
[0005]本专利技术的第三个目的在于提供一种多孔二氧化硅双球壳中空复合微球的应用。
[0006]为达到上述第一个目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0007]一种多孔二氧化硅双球壳中空复合微球的制备方法，包括如下步骤：
[0008]1)对空心微球进行表面处理；
[0009]2)通过电解质辅助溶胶-凝胶法在步骤1)进行表面处理后的空心微球表面包覆多孔二氧化硅；
[0010]3)将步骤2)所得物通过50-650℃后处理过程，即可得到由多孔二氧化硅包覆空心微球的所述多孔二氧化硅双球壳中空复合微球。
[0011]进一步地，所述空心微球在进行表面处理前，还包括清洗和浮选的步骤。
[0012]进一步地，所述清洗和浮选包括如下步骤：将空心微球与乙醇和水的混合液混合，搅拌均匀，静置分层后取上层漂浮物，过滤，干燥；优选地，所述空心微球与混合液的总量的质量百分含量计，空心微球的含量为1-10wt％。其中，前述乙醇和水的混合液中，乙醇与水可以任意比例混合。
[0013]进一步地，步骤1)中，所述表面处理的方法为酸碱刻蚀和/或表面偶联。
[0014]进一步地，所述酸碱刻蚀的溶液为无机或有机酸碱的水溶液，浓度为0.01-2mol/L。
[0015]进一步地，所述无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾。
[0016]进一步地，所述表面偶联采用的溶液中，溶质为偶联剂，溶剂为乙醇与水的混合。其中，前述乙醇与水的混合液中，乙醇与水可以任意比例混合。
[0017]进一步地，所述偶联剂选自硅烷偶联剂，更优选KH550、KH560。
[0018]进一步地，所述表面偶联采用的溶液中，以偶联剂质量占该溶液总质量的百分含量计，偶联剂添加量为1％-15％。
[0019]进一步地，步骤2)中，采用电解质辅助溶胶-凝胶法包覆多孔二氧化硅的方法包括如下步骤：
[0020]将步骤1)经表面处理后的空心微球分散于混合液中、搅拌、分离洗涤，收集；
[0021]其中，所述混合液中包含表面活性剂、硅源、水解催化剂、扩孔剂和电解质。
[0022]进一步地，所述混合液中溶剂为乙醇与蒸馏水的混合，且乙醇与蒸馏水体积比为0.1-10，优选1-3。
[0023]进一步地，所述经表面处理后的空心微球的添加量为0.01-0.05g/ml。
[0024]进一步地，所述表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物、十六烷基三甲基对甲基苯磺酸铵中的一种或几种，浓度为0.01-25g/L。
[0025]进一步地，所述硅源为有机硅源，更优选正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、正硅酸丁酯等，添加浓度为2-100ml/L，优选为5-50ml/L。
[0026]进一步地，所述水解催化剂为无机或有机酸碱，优选无机或有机碱，更优选浓氨水、氢氧化钠、三乙醇胺等，浓度为1-50g/L。
[0027]进一步地，所述扩孔剂为非极性有机溶剂，更优选正己烷、环己烷等，添加量为0.2-50ml/L，优选为0.5-10ml/L。
[0028]进一步地，电解质中，电解质选自氯化钠、硫酸钠、氯化镁、碳酸钠、氯化钙中的一种或几种，浓度为0.001-1mol/L。
[0029]进一步地，所述硅源的添加方式为滴加，包括恒压漏斗或蠕动泵驱动，滴加速度为0.1-10ml/h。
[0030]进一步地，所述后处理的方法为煅烧或溶剂萃取。
[0031]进一步地，所述煅烧的温度为450-650℃，时间为3-6h。
[0032]进一步地，所述煅烧是通过马弗炉或管式炉实现。
[0033]进一步地，所述溶剂萃取的温度为50-100℃，时间为5-48h。
[0034]进一步地，所述洗涤采用无水乙醇和蒸馏水进行。
[0035]进一步地，所述溶剂萃取采用的萃取剂为有机溶剂，优选为无水乙醇或丙酮。
[0036]进一步地，步骤1)中，所述空心微球的密度为0.05-0.95g/cm3。
[0037]进一步地，所述空心微球的化学组成为玻璃或二氧化硅。
[0038]进一步地，所述干燥通过干燥箱实现。干燥的方式不做具体限制，常规干燥方法均可。
[0039]为达到上述第二个目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0040]如上第一个目的提供的制备方法制备得到的多孔二氧化硅双球壳中空复合微球，所述中空复合微球由空心微球和多孔二氧化硅组成；其中，所述空心微球为载体，多孔二氧化硅包覆在空心微球表面。
[0041]进一步地，所述空心微球的耐温范围为0-800℃。
[0042]进一步地，所述中空复合微球的密度小于水的密度。
[0043]进一步地，所述空心微球表面包覆的多孔二氧化硅厚度为0.05-1μm，孔径为2-60nm。
[0044]为达到上述第三个目的，本专利技术还保护如上第一个目的所述的制备方法制备得到的多孔二氧化硅双球壳中空复合微球作为吸附剂在污水处理中的应用。
[0045]进一步地，该中空复合微球作为吸附剂用于吸附污水中的污染物，如染料。
[0046]为达到上述第三个目的，本专利技术还保护如上第一个目的所述的多孔二氧化硅双球壳中空复合微球作为吸附剂在污水处理中的应用。
[0047]进一步地，该中空复合微球作为吸附剂用于吸附污水中的污染物，如染料。
[0048]本专利技术的有益效果如下：
[0049]本专利技术提供的改进的溶胶凝胶法，融合了表面预处理和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔二氧化硅双球壳中空复合微球的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1)对空心微球进行表面处理；2)通过电解质辅助溶胶-凝胶法在步骤1)进行表面处理后的空心微球表面包覆多孔二氧化硅；3)将步骤2)所得物通过50-650℃后处理过程，即可得到由多孔二氧化硅包覆空心微球的所述多孔二氧化硅双球壳中空复合微球。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述空心微球在进行表面处理前，还包括清洗和浮选的步骤，所述清洗和浮选包括如下步骤：将空心微球与乙醇和水的混合液混合，搅拌均匀，静置分层后取上层漂浮物，过滤，干燥；优选地，所述空心微球与混合液的总量的质量百分含量计，空心微球的含量为1-10wt％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述表面处理的方法为酸碱刻蚀和/或表面偶联；优选地，所述酸碱刻蚀的溶液为无机或有机酸碱的水溶液，浓度为0.01-2mol/L；优选地，所述表面偶联采用的溶液中，溶质为偶联剂，溶剂为乙醇与水的混合；优选地，所述表面偶联采用的溶液中，以偶联剂质量占该溶液总质量的百分含量计，偶联剂添加量为1％-15％。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，采用电解质辅助溶胶-凝胶法包覆多孔二氧化硅的方法包括如下步骤：将步骤1)经表面处理后的空心微球分散于混合液中、搅拌、分离洗涤，收集；其中，所述混合液中包含表面活性剂、硅源、水解催化剂、扩孔剂和电解质；优选地，所述混合液中溶剂为乙醇与蒸馏水的混合，且乙醇与蒸馏水体积比为0.1-10，优选1-3；优选地，所述经表面处理后的空心微球的添加量为0.01-0.05g/ml；优选地，所述表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物、十六烷基三甲基对甲基苯磺酸铵中...

【专利技术属性】
技术研发人员：安振国，杜改平，张敬杰，杨岩峰，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：