一种高水热稳定介孔氧化硅材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种高水热稳定介孔氧化硅材料及其制备方法。该制备方法包括将粉煤灰加入无机碱水溶液中，经过高温高压超(亚)临界处理，随后经抽滤、洗涤和干燥处理，得到活化后的粉煤灰固体；将活化后的粉煤灰固体加入无机强酸水溶液中并强烈搅拌，离心分离得到硅前驱体；将有机羧酸和非离子表面活性剂溶于有机醇溶液中，再与硅前驱体混合得到反应液，然后搅拌回流，抽滤得到介孔氧化硅前驱体；将介孔氧化硅前驱体依次进行酸处理、水热处理和焙烧，得到高水热稳定介孔氧化硅材料。使用该制备方法制得的高水热稳定介孔氧化硅材料，具有规整有序的二维六方介孔孔道结构。本发明专利技术提供的制备方法成本低、重现性高，所制得的介孔氧化硅材料水热稳定性高。材料水热稳定性高。材料水热稳定性高。

【技术实现步骤摘要】
一种高水热稳定介孔氧化硅材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于燃煤废弃物粉煤灰高附加值利用和无机多孔材料制备
，尤其涉及一种高水热稳定介孔氧化硅材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]粉煤灰是煤炭燃烧后产生的固体废弃物之一，随着工业化的不断进展，粉煤灰的堆排量逐年递增。大量粉煤灰的堆积废弃不但严重占用土地资源，且会形成粉尘或进入水体，造成环境污染，因此，将粉煤灰进行合理的资源化利用已成为当前固废处理领域需重点解决的关键问题(Energy Fuel., 2005,19,1084
‑
1098)。由于粉煤灰中含有丰富的氧化硅组分，将其作为硅源用于高附加值化学品的合成，不仅可提高粉煤灰的利用率且可显著降低化学品的合成成本。目前，通过提取粉煤灰中的硅物种，科技工作者已成功使用粉煤灰制备得到系列微孔沸石分子筛，并将其应用于石油化工和精细化工等领域(Sci.China Technol.Sc.,2014,57,1127
‑
1134；Sustainable Chem. Pharm.,2020,15,100217；Green Chem.,2020,22,219
‑
229)。
[0003]与传统微孔沸石分子筛相比，有序介孔氧化硅材料因其高度规整的介孔孔道结构、较大的比表面积和孔体积、分布集中且可调变的孔径等优点，使其在大分子催化转化、吸附与分离、主客体组装、纳米反应器等领域中具有更为广泛的应用前景(Adv.Colloid Interfac.,2006,123,17
‑
32； Nanomaterials,2014,4,902
‑
904；Micropor.Mesopor.Mat.,2005,77,1
‑
45)。然而，制备有序介孔氧化硅材料通常使用价格昂贵的有机硅(如正硅酸乙酯或正硅酸甲酯)为硅源，且经传统制备工艺所得有序介孔氧化硅材料具有较差的水热稳定性，在经长时间沸水处理或是高温水蒸气处理时，其介孔孔壁中Si
‑
O
‑
Si键极易因发生水解断裂而造成有序介孔结构坍塌(J.Phys.Chem. B,2005,109,8723
‑
8732；Chem.Mater.,2009,21,5413
‑
5425)。因此，高昂的制备成本及较差的水热稳定性严重限制了有序介孔氧化硅材料的实际应用。
[0004]因此，如何高效提取粉煤灰中的硅物种，并以此为硅源，通过简单、易重复的制备工艺获得高水热稳定有序的介孔氧化硅材料，不仅可以有效缓解粉煤灰排放对环境的污染，且对具有实际应用价值的高性能粉煤灰基化学品的开发具有重要的研究价值和实际意义。
[0005]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种高水热稳定介孔氧化硅材料及其制备方法，以解决上述问题。
[0007]为实现以上目的，本专利技术特采用以下技术方案：
[0008]一种高水热稳定介孔氧化硅材料的制备方法，包括：
[0009]将粉煤灰加入无机碱水溶液中，经过高温高压超(亚)临界处理，随后经抽滤、洗涤
和干燥处理，得到活化后的粉煤灰固体；
[0010]将所述活化后的粉煤灰固体加入无机强酸水溶液中并强烈搅拌，然后离心分离得到硅前驱体；
[0011]将有机羧酸和非离子表面活性剂溶于有机醇溶液中，再与所述硅前驱体混合得到反应液，将所述反应液进行搅拌回流处理，抽滤得到介孔氧化硅前驱体；
[0012]将所述介孔氧化硅前驱体依次进行酸处理、水热处理和焙烧，得到高水热稳定介孔氧化硅材料。
[0013]可选的，所述无机碱水溶液包括氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液和碳酸钠水溶液中的一种或多种；
[0014]优选地，所述粉煤灰与所述无机碱水溶液的液固质量比为1
‑
15:1；
[0015]优选地，所述无机碱水溶液中氢氧根离子浓度为0.2
‑
1mol/L；
[0016]优选地，所述超(亚)临界处理在搅拌条件下进行，所述搅拌的速率为500
‑
650r/min；
[0017]优选地，所述超(亚)临界处理的温度为150
‑
350℃；
[0018]优选地，所述超(亚)临界处理的时间为2
‑
6h。
[0019]可选的，所述无机强酸水溶液包括盐酸水溶液、硫酸水溶液、硝酸水溶液和磷酸水溶液中的一种或多种；
[0020]优选地，所述活化后的粉煤灰与所述无机强酸水溶液的液固质量比为 5
‑
20:1；
[0021]优选地，所述无机强酸水溶液中氢离子浓度为2
‑
4mol/L；
[0022]优选地，所述强烈搅拌在40
‑
80℃下进行；
[0023]优选地，所述强烈搅拌的时间为2
‑
5h。
[0024]可选的，所述有机羧酸包括柠檬酸、冰醋酸、草酸和酒石酸中的一种或多种。
[0025]可选的，所述非离子表面活性剂具有EO
n
PO
m
EO
n
和/或EO
n
BO
m
EO
n
结构，其中EO表示环氧乙烯，PO表示环氧丙烯，BO表示环氧丁烯；
[0026]优选地，其中n为10
‑
180，m为5
‑
100。
[0027]可选的，所述有机醇包括乙醇、丙醇、异丙醇和丁醇中的一种或多种。
[0028]可选的，所述硅前驱体、所述有机羧酸、所述有机醇与所述非离子表面活性剂的摩尔比为50
‑
150:5
‑
300:300
‑
3500:1.0。
[0029]可选的，所述搅拌回流处理的温度为80
‑
150℃；
[0030]优选地，所述搅拌回流处理的时间为6
‑
48h；
[0031]优选地，所述酸处理使用pH值为1
‑
4的盐酸溶液进行；
[0032]优选地，所述酸处理使用pH值为1.8
‑
2.2的盐酸溶液进行；
[0033]优选地，所述介孔氧化硅前驱体与所述盐酸溶液的液固质量比为 10
‑
50:1。
[0034]可选的，所述水热处理的温度为150
‑
200℃；
[0035]优选地，所述水热处理采用梯度升温的方式进行，所述梯度升温的速率为0.5
‑
5℃/min；
[0036]优选地，所述焙烧的温度为400
‑
650℃，时间为5
‑
8h。
[0037]本专利技术还提供一种高水热稳定介孔氧化硅材料，使用上述任一项所述的制备方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高水热稳定介孔氧化硅材料的制备方法，其特征在于，包括：将粉煤灰加入无机碱水溶液中，经过高温高压超(亚)临界处理，随后经抽滤、洗涤和干燥处理，得到活化后的粉煤灰固体；将所述活化后的粉煤灰固体加入无机强酸水溶液中并强烈搅拌，然后离心分离得到硅前驱体；将有机羧酸和非离子表面活性剂溶于有机醇溶液中，再与所述硅前驱体混合得到反应液，将所述反应液进行搅拌回流处理，抽滤得到介孔氧化硅前驱体；将所述介孔氧化硅前驱体依次进行酸处理、水热处理和焙烧，得到高水热稳定介孔氧化硅材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无机碱水溶液包括氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液和碳酸钠水溶液中的一种或多种；优选地，所述粉煤灰与所述无机碱水溶液的液固质量比为1
‑
15:1；优选地，所述无机碱水溶液中氢氧根离子浓度为0.2
‑
1mol/L；优选地，所述超(亚)临界处理在搅拌条件下进行，所述搅拌的速率为500
‑
650r/min；优选地，所述超(亚)临界处理的温度为150
‑
350℃；优选地，所述超(亚)临界处理的时间为2
‑
6h。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无机强酸水溶液包括盐酸水溶液、硫酸水溶液、硝酸水溶液和磷酸水溶液中的一种或多种；优选地，所述活化后的粉煤灰与所述无机强酸水溶液的液固质量比为5
‑
20:1；优选地，所述无机强酸水溶液中氢离子浓度为2
‑
4mol/L；优选地，所述强烈搅拌在40
‑
80℃下进行；优选地，所述强烈搅拌的时间为2
‑
5h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机羧酸包括柠檬酸、冰醋酸、草酸和酒石酸中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述非离子表面活性剂具有EO
n
PO
m
EO
n
和/或EO
n
BO
m
EO
n
结构，其中E...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘大海，檀苗苗，李翔宇，韩丽娜，王兵，王建成，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：