本發(fā)明涉及工業(yè)固廢綜合利用領(lǐng)域，具體而言，涉及一種二氧化硅氣凝膠微球的制備方法。

背景技術(shù)：

1、氣凝膠是一種由納米粒子組成的多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其孔隙率可以高達(dá)85％～95％，同時在其網(wǎng)絡(luò)中充滿氣態(tài)分散介質(zhì)的固體材料。由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使得氣凝膠具有高比表面積、低密度、低熱導(dǎo)率等特點(diǎn)，在熱學(xué)、聲學(xué)、催化科學(xué)等方面有著廣泛的應(yīng)用。sio2氣凝膠微球作為氣凝膠領(lǐng)域延伸出來的分支，它具有高的負(fù)載能力、優(yōu)異的吸附性能和良好的生物相容性，在許多領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用前景，是一種很有前途的納米多孔材料，引起人們的廣泛關(guān)注。目前，有關(guān)sio2氣凝膠微球的研究已有報道，但在制備方法上仍有一些不足，多以正硅酸乙酯為原料，采用超臨界干燥法來制備，導(dǎo)致成本較高、制備工藝繁瑣，此外還存在油相成分復(fù)雜等問題。

2、粉煤灰是燃煤電廠排放的廢棄物，因其含有豐富的鋁、硅、鐵、鈣、鎂等化學(xué)元素，常被作為“二次資源”進(jìn)行利用。其中，應(yīng)用研究最廣泛的就是利用粉煤灰提取氧化鋁。粉煤灰提鋁的方法主要由酸法、堿法和酸堿聯(lián)合法。粉煤灰提鋁后的殘渣如不加以利用，仍會造成環(huán)境污染。粉煤灰經(jīng)酸法或酸堿聯(lián)合法提鋁后，尾渣中sio2得到富集，如果將粉煤灰提鋁后的尾渣(粉煤灰酸溶渣)用來作為硅源，制備硅系氣凝膠，實現(xiàn)工業(yè)固廢的高值化利用，不僅能夠會降低硅系產(chǎn)品的原料成本，而且避免了提鋁殘渣的二次污染。但以粉煤灰提鋁后的粉煤灰酸溶渣為原料如何制備硅系氣凝膠是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種二氧化硅氣凝膠微球的制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中以粉煤灰提鋁后的粉煤灰酸溶渣為原料如何制備硅系氣凝膠的問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種二氧化硅氣凝膠微球的制備方法，包括如下步驟：步驟s1，將粉煤灰酸溶渣依次進(jìn)行煅燒、堿溶處理、固液分離，得到硅酸鈉溶液；步驟s2，將硅酸鈉溶液、醇和可選的水混合得到硅酸鈉醇溶液，將硅酸鈉醇溶液進(jìn)行水解處理，得到二氧化硅醇溶膠；步驟s3，將二氧化硅醇溶膠與氨水分別通入到油相中直至得到的油相混合液的ph為7～8，固液分離，得到二氧化硅濕凝膠微球；步驟s4，采用有機(jī)硅氧烷化合物對二氧化硅濕凝膠微球進(jìn)行表面修飾，得到表面修飾凝膠微球；其中，有機(jī)硅氧烷化合物包括乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷中的至少一種；步驟s5，將表面修飾凝膠微球經(jīng)洗滌、干燥，得到二氧化硅氣凝膠微球。

3、進(jìn)一步地，步驟s1中，粉煤灰酸溶渣主要包括sio2和al2o3，其中，sio2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60～70wt％，al2o3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10～25wt％。

4、進(jìn)一步地，步驟s1中，煅燒的溫度為600～850℃，煅燒的時間為1～2h。

5、進(jìn)一步地，步驟s1中，采用堿溶液進(jìn)行堿溶處理，堿溶液包括氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液、碳酸鈉溶液中的至少一種。

6、進(jìn)一步地，堿溶液的濃度為4～6mol/l。

7、進(jìn)一步地，粉煤灰酸溶渣與堿溶液的質(zhì)量比為1:5～1:9。

8、進(jìn)一步地，堿溶處理的溫度為60～100℃；堿溶處理的時間為2.5～5h。

9、進(jìn)一步地，步驟s2中，硅酸鈉溶液、醇與可選的水的質(zhì)量比為1:(5～10):(2～5)。

10、進(jìn)一步地，醇包含異丙醇、乙二醇中的至少一種。

11、進(jìn)一步地，水解處理的溫度為40～80℃，水解處理的時間為6～24h。

12、進(jìn)一步地，步驟s2中，采用酸溶液調(diào)節(jié)硅酸鈉醇溶液的ph＝1～3再進(jìn)行水解處理。

13、進(jìn)一步地，酸溶液包括無機(jī)酸溶液、有機(jī)酸溶液中的至少一種。

14、進(jìn)一步地，無機(jī)酸溶液包括鹽酸溶液、硝酸溶液中的至少一種。

15、進(jìn)一步地，有機(jī)酸溶液為乙醇酸溶液。

16、進(jìn)一步地，無機(jī)酸溶液的濃度為4～6mol/l。

17、進(jìn)一步地，步驟s3中，油相包括礦物油、烷烴和乳化劑；其中，以油相的總體積為100％計，乳化劑的體積占比為2～8％，且礦物油與烷烴的體積比為(1～1.5):1；

18、進(jìn)一步地，礦物油包括石蠟油、柴油、煤油中的至少一種；

19、進(jìn)一步地，烷烴包括正庚烷、正己烷、正辛烷中的至少一種；

20、進(jìn)一步地，乳化劑包括op-7、tx-7中的至少一種。

21、進(jìn)一步地，步驟s3中，二氧化硅醇溶膠與氨水的流量比為1:3～1:6；更進(jìn)一步地，氨水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25～28％。

22、進(jìn)一步地，表面修飾的溫度為30～60℃，表面修飾的時間為6～18h。

23、進(jìn)一步地，步驟s5中，采用洗滌溶液進(jìn)行洗滌，洗滌溶液包括甲醇、無水乙醇中的至少一種。

24、進(jìn)一步地，洗滌的時間為0.25～0.5h。

25、進(jìn)一步地，干燥的溫度為50～80℃，干燥的時間為8～16h。

26、應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，本申請利用粉煤灰酸溶渣制備得到了疏水性優(yōu)異的二氧化硅氣凝膠微球。通過將粉煤灰酸溶渣依次進(jìn)行煅燒、堿溶處理，使粉煤灰酸溶渣中sio2溶出，經(jīng)固液分離得到硅酸鈉溶液。隨后將硅酸鈉溶液、醇和可選的水混合進(jìn)行水解處理，得到二氧化硅醇溶膠。將二氧化硅醇溶膠與氨水分別通入到油相，由于表面張力的作用，二氧化硅醇溶膠在油相中進(jìn)行溶膠凝膠，形成二氧化硅濕凝膠微球并均勻分散在油相中，而氨水的通入使油相混合液的ph升高，進(jìn)而引起二氧化硅凝膠微球沉淀，固液分離后得到二氧化硅濕凝膠微球。采用特定的有機(jī)硅氧烷化合物對二氧化硅濕凝膠微球進(jìn)行表面修飾，有機(jī)硅氧烷化合物能夠在水中(包括二氧化硅凝膠表面所吸附的自由水)水解產(chǎn)生硅醇基，該基團(tuán)與sio2進(jìn)行化學(xué)結(jié)合或與表面原有的硅醚醇基結(jié)合，既能去除sio2表面的水分，又能使sio2表面連接疏水基團(tuán)，從而提高二氧化硅凝膠微球的疏水性。再通過洗滌、干燥制備得到疏水性優(yōu)異的二氧化硅氣凝膠球。

27、此外，本申請?zhí)峁┑闹苽浞椒ú粌H高效利用了粉煤灰酸溶渣，降低了成本，而且制備方法簡單、易于操作，適用于大規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種二氧化硅氣凝膠微球的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中，所述粉煤灰酸溶渣主要包括sio2和al2o3，其中，sio2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60～70wt％，al2o3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10～25wt％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中，所述煅燒的溫度為600～850℃，所述煅燒的時間為1～2h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中，采用堿溶液進(jìn)行所述堿溶處理，所述堿溶液包括氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液、碳酸鈉溶液中的至少一種；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s2中，所述硅酸鈉溶液、所述醇與所述可選的水的質(zhì)量比為1:(5～10):(2～5)；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s2中，采用酸溶液調(diào)節(jié)所述硅酸鈉醇溶液的ph＝1～3再進(jìn)行所述水解處理；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s3中，所述油相包括礦物油、烷烴和乳化劑；其中，以所述油相的總體積為100％計，所述乳化劑的體積占比為2～8％，且礦物油與烷烴的體積比為(1～1.5):1；

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s3中，所述二氧化硅醇溶膠與所述氨水的流量比為1:3～1:6；優(yōu)選地，所述氨水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25～28％。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述表面修飾的溫度為30-60℃，所述表面修飾的時間為6～18h。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s5中，采用洗滌溶液進(jìn)行所述洗滌，所述洗滌溶液包括甲醇、無水乙醇中的至少一種；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種二氧化硅氣凝膠微球的制備方法，以粉煤灰酸溶渣為原料制備得到疏水性優(yōu)異的二氧化硅氣凝膠球。先將粉煤灰酸溶渣經(jīng)過處理得到硅酸鈉溶液；再將硅酸鈉溶液處理得到二氧化硅醇溶膠；將二氧化硅醇溶膠與氨水分別通過入到油相中形成二氧化硅濕凝膠微球；采用有機(jī)硅氧烷化合物對二氧化硅濕凝膠微球進(jìn)行表面修飾，再經(jīng)過洗滌、干燥制備得到二氧化硅氣凝膠球。其中，有機(jī)硅氧烷化合物包括乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β?甲氧基乙氧基)硅烷中的至少一種。利用有機(jī)硅氧烷化合物水解產(chǎn)生硅醇基，該基團(tuán)與SiO2進(jìn)行化學(xué)結(jié)合，既能去除SiO2表面的水分，又能在SiO2表面連接疏水基團(tuán)，從而提高二氧化硅氣凝膠微球的疏水性。

技術(shù)研發(fā)人員：杜善周,王麗萍,苗家兵,洪雨,李超,高桂梅,張云峰,劉大銳,劉瑞平,張瑋琦
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國神華能源股份有限公司哈爾烏素露天煤礦
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6