本發(fā)明涉及一種制備纖維狀多孔SiO2納米材料的方法，屬于非金屬礦開發(fā)利用、無機非金屬新材料及環(huán)境保護領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
纖蛇紋石是層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物，主要化學(xué)組成為SiO2和MgO，其次是Fe2O3、Al2O3等。纖蛇紋石纖維的商品名為溫石棉，我國是世界第三大溫石棉生產(chǎn)國，年產(chǎn)溫石棉在40萬噸左右。石棉礦石中含溫石棉纖維約5～10％，開采加工過程中將產(chǎn)生大量的石棉尾礦。尾礦中仍含有約1.5～3％的纖蛇紋石短纖維，常與選礦過程中產(chǎn)生的石棉粉塵一起廢棄，而且六級、七級短纖維石棉也很少被利用，這樣將造成資源的極大浪費。纖維狀多孔SiO2納米材料屬于一維納米材料，具有比表面積大，孔隙率高，熱穩(wěn)定性好，機械強度高，絕緣，耐熱，無毒性等優(yōu)點，是天然纖維和白炭黑的良好替代品?？勺鳛榇呋瘎┹d體、吸附劑、補強劑等單獨使用，亦可作為功能性填料制備高技術(shù)新材料應(yīng)用于環(huán)境、航空、航天、電子等行業(yè)。對于纖維狀多孔SiO2納米材料的制備，現(xiàn)有技術(shù)通常是采用直接酸浸溫石棉法。其中，包括用鹽酸直接酸浸溫石棉法或用硫酸直接酸浸溫石棉法。用直接酸浸溫石棉法制備纖維狀多孔SiO2納米材料，其缺陷在于成本較高，酸溶液有較強腐蝕性，對儀器設(shè)備要求高，且極易對環(huán)境造成污染，工業(yè)化生產(chǎn)難度大。公開號為102627302A、名稱為“一種蛇紋石加工利用的方法”的中國發(fā)明申請，公開了一種用蛇紋石粉與硫酸銨進行混合焙燒制備多孔SiO2的方法。也存在選用的化學(xué)助劑熔點高，酸性弱，在焙燒過程中難以反應(yīng)徹底；同時，由于原料為非纖維狀蛇紋石，制備得到的多孔SiO2材料為非纖維狀，無法得到纖維狀多孔SiO2納米材料。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種成本低、無污染、易于工業(yè)化生產(chǎn)、對儀器設(shè)備要求低且可充分利用溫石棉尾礦、石棉粉塵或六級和七級短纖維石棉制備纖維狀多孔SiO2納米材料的方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種制備纖維狀多孔SiO2納米材料的方法，包括步驟如下：1)取纖蛇紋石纖維原料，經(jīng)提純、洗滌、干躁處理后獲得含有金屬氧化物的纖蛇紋石纖維；2)將步驟1)獲得的纖蛇紋石纖維與酸式鹽混合后焙燒，得到焙燒產(chǎn)物和尾氣；所述的混合是指按所述纖蛇紋石纖維中金屬氧化物MgO、TFe2O3含量的總摩爾數(shù)與酸式鹽的摩爾數(shù)之比為1:0.5～1:6；3)將步驟2)的焙燒產(chǎn)物進行后處理，得到纖維狀多孔SiO2納米材料。上述步驟1)中的纖蛇紋石纖維原料選用溫石棉礦石、溫石棉、六級短纖維石棉、七級短纖維石棉、石棉尾礦或石棉粉塵中至少一種。上述步驟2)纖蛇紋石纖維中MgO的質(zhì)量百分含量為37.29～44.16％，TFe2O3的質(zhì)量百分含量為1.26～4.18％：上述的酸式鹽可選用硫酸氫銨、硫酸氫鈉、亞硫酸氫銨或亞硫酸氫鈉中至少一種。上述步驟2)中的焙燒溫度為120～800℃，焙燒時間為0.2～6h。上述步驟3)中的后處理包括浸取及沖洗，其中的浸取為在焙燒產(chǎn)物中加入工業(yè)用水，其焙燒產(chǎn)物與所述工業(yè)用水的固液比為1:5～1:40，浸取時間為0.2h～1.5h。上述步驟3)的后處理還包括對沖洗后的濾渣進行干燥處理得到本發(fā)明的纖維狀多孔SiO2納米材料。上述步驟3)的后處理還包括將沖洗后的濾渣干燥，然后再經(jīng)粉磨處理，其粉磨粒度為20～1250目，得到本發(fā)明的纖維狀多孔SiO2納米材料。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果如下：1)本發(fā)明利用固相化學(xué)反應(yīng)法將酸式鹽與纖蛇紋石纖維混合焙燒，在120～800℃的溫度下纖蛇紋石纖維中的金屬氧化物與酸式鹽發(fā)生反應(yīng)，形成可溶鹽，經(jīng)水浸溶解、過濾后除去，保留具有纖蛇紋石纖維形態(tài)的非晶態(tài)SiO2，制成纖維狀多孔SiO2納米材料。其工藝流程短，原料和焙燒溫度范圍廣，焙燒時間短，焙燒溫度低，能源消耗小。2)本發(fā)明用酸式鹽作為化學(xué)助劑，具有熔點低，且熔融狀態(tài)時完全電離，具強酸性；在焙燒過程中形成液相，更有利于化學(xué)反應(yīng)，金屬氧化物浸取率更高，優(yōu)于硫酸銨等化學(xué)助劑。3)本發(fā)明制備的纖維狀多孔SiO2屬于一維納米材料，保持了天然纖維的一維納米特性，可作為吸附材料、添加劑、催化劑載體等材料，廣泛應(yīng)用于環(huán)境、日用化工、電子、航空、航天等行業(yè)。4)本發(fā)明可充分利用溫石棉、尾礦、粉塵和短纖維石棉等，經(jīng)選礦提純獲得纖蛇紋石纖維，并與酸式鹽混合焙燒去除金屬氧化物，制備纖維狀多孔SiO2納米材料，產(chǎn)品純度較高，性能優(yōu)異。其中SiO2的含量大于98.00％，BET比表面積大于300.00m2/g，平均孔徑約為2.3nm；其具有純度高、比表面積大、孔隙率高，孔徑小等優(yōu)點。填補了現(xiàn)有技術(shù)中無統(tǒng)一指標(biāo)的空白。5)本發(fā)明方法的主體工藝可采用現(xiàn)有設(shè)備，濾液可制備氫氧化鎂等納米粉體，環(huán)境污染小，產(chǎn)品附加值高，經(jīng)濟效益好，有利于規(guī)?；凸I(yè)化生產(chǎn)，環(huán)境負荷小，尤其適合于水資源缺少的中西部地區(qū)。附圖說明圖1為石棉尾礦作原料制備的纖維狀多孔SiO2納米材料的X射線衍射圖。圖2為圖1纖維狀多孔SiO2納米材料的掃描電子顯微鏡圖像。圖3為圖1纖維狀多孔SiO2納米材料的紅外光譜圖。圖4為石棉粉塵及溫石棉作原料制備纖維狀多孔SiO2納米材料的X射線衍射圖。圖5為圖4纖維狀多孔SiO2納米材料的掃描電子顯微鏡圖像。圖6為圖4纖維狀多孔SiO2的紅外光譜圖。圖7為溫石棉、六級、七級短纖維石棉作原料制備纖維狀多孔SiO2的X射線衍射圖。圖8為圖7纖維狀多孔SiO2的掃描電子顯微鏡圖像。圖9為圖7纖維狀多孔SiO2的紅外光譜圖。具體實施方式本發(fā)明采用溫石棉礦石、溫石棉、石棉尾礦、石棉粉塵、六級短纖維石棉和\或七級短纖維石棉為原料，經(jīng)提純獲得纖蛇紋石纖維，通過與酸式鹽混合焙燒達到去金屬氧化物的目的，制備本發(fā)明的纖維狀多孔SiO2納米材料，其應(yīng)用廣泛。本發(fā)明具體技術(shù)方案如下：一種制備纖維狀多孔SiO2納米材料的方法，包括步驟如下：1)取纖蛇紋石纖維原料，經(jīng)提純、洗滌、干躁處理后獲得纖蛇紋石纖維；2)將步驟1)獲得的纖蛇紋石纖維與酸式鹽混合后焙燒，得到焙燒產(chǎn)物和尾氣；其中，纖蛇紋石纖維中金屬氧化物MgO、TFe2O3含量的總摩爾數(shù)與酸式鹽的摩爾數(shù)之比為1:0.5～1:6；3)將步驟2)的焙燒產(chǎn)物進行后處理，得到纖維狀多孔SiO2納米材料。其中，步驟1)中所用的纖蛇紋石纖維原料選用溫石棉礦石、溫石棉、六級短纖維石棉、七級短纖維石棉、石棉尾礦或石棉粉塵中至少一種。步驟2)所用的纖蛇紋石纖維中含有MgO的質(zhì)量百分含量為37.29～44.16％，TFe2O3的質(zhì)量百分含量為1.26～4.18％；所述酸式鹽為硫酸氫銨、硫酸氫鈉、亞硫酸氫銨或亞硫酸氫鈉中至少一種。步驟2)中的焙燒溫度為120～800℃，焙燒時間為0.2～6h。步驟3)中的后處理包括浸取及沖洗，其中，浸取是指在焙燒產(chǎn)物中加入工業(yè)用水，焙燒產(chǎn)物與工業(yè)用水的固液比為1:5～1:40，浸取時間為0.2h～1.5h。步驟3)中的后處理還包括對沖洗后的濾渣進行干燥處理。步驟3)中的后處理還包括將沖洗后的濾渣干燥，然后再經(jīng)粉磨處理，其粉磨粒度為20～1250目。步驟3)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的尾氣通過硫酸溶液吸收法進行吸收凈化。本發(fā)明的實驗原理如下：采用溫石棉、溫石棉礦石、六級短纖維石棉、七級短纖維石棉、石棉尾礦或石棉粉塵為原料；經(jīng)提純、洗滌、干燥后獲得纖蛇紋石纖維，根據(jù)其中金屬氧化物的質(zhì)量百分含量，計算加入酸式鹽的質(zhì)量；在焙燒反應(yīng)過程中金屬氧化物與酸式鹽中的硫酸根結(jié)合形成可溶鹽，浸取后金屬氧化物可溶鹽被除去，殘留下具有纖維狀形態(tài)的非晶態(tài)SiO2。濾渣經(jīng)洗滌、干燥獲得纖維狀多孔SiO2納米材料。下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的詳細說明。實例1如圖1、圖2、圖3所示，選用的原料為石棉礦山的石棉尾礦。1)取石棉尾礦經(jīng)破碎、粉磨成粒度為20目的石棉尾礦粉，再經(jīng)磁選、篩分提純，獲得纖蛇紋石纖維，采用化學(xué)分析法獲得該纖蛇紋石纖維中含有金屬氧化物MgO和TFe2O3；其中，MgO的質(zhì)量百分含量為37.29％，TFe2O3的質(zhì)量百分含量為4.18％；2)將步驟1)獲得的纖蛇紋石纖維與酸式鹽混合，該酸式鹽選用亞硫酸氫銨，將步驟1)獲得纖蛇紋石纖維與酸式鹽按照纖蛇紋石纖維中金屬氧化物MgO、TFe2O3含量的總摩爾數(shù)與亞硫酸氫銨摩爾數(shù)以1:0.5的比例計算質(zhì)量比，稱量物料并混合攪拌均勻，置入有尾氣收集裝置的溫控反應(yīng)裝置中，在800℃下焙燒反應(yīng)1h；得到焙燒產(chǎn)物及尾氣；3)將步驟2)的焙燒產(chǎn)物進行后處理，得到纖維狀多孔SiO2納米材料。其中，纖蛇紋石纖維中金屬氧化物MgO、TFe2O3含量的總摩爾數(shù)是通過金屬氧化物MgO、TFe2O3的質(zhì)量百分含量與MgO、Fe2O3的摩爾質(zhì)量之比計算而得。后處理包括浸取及沖洗；浸取是指在焙燒產(chǎn)物中加入工業(yè)用水，焙燒產(chǎn)物與工業(yè)用水的固液比為1:40，浸取時間為1...