一种改性二氧化硅吸附剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种改性二氧化硅吸附剂制备方法，包括如下步骤：S1：配置位阻剂溶液，所述位阻剂溶液由表面活性剂溶液和丙三醇溶液配制而成；S2：向由步骤1配置的位阻剂溶液中交替滴加硅酸溶液、硅烷偶联剂，并在反应过程中通过滴加碱性溶液控制反应混合液PH保持4‑10范围内，搅拌混合反应，待反应溶液中沉淀完全；S3：将步骤2中沉淀过滤，并将过滤后的滤饼洗涤、烘干即得到复合性新型改性二氧化硅吸附剂。该方法制备工艺简单可靠，原料来源丰富，并且最终制备的改性二氧化硅颗粒均匀，表面活性高，对重金属离子，尤其是对工业废水中的Cr

A preparation method of modified silica adsorbents

The invention discloses a preparation method of modified silica adsorbent, including the following steps: S1: configuration of a steric agent solution, which is prepared by a surfactant solution and a glycerol solution; S2: a silicic acid solution and a silane coupling agent are alternately added to the steric agent solution configured in step 1, and the reaction is over. In the process, the reaction mixture PH was controlled by adding alkaline solution in the range of 4 and 10, stirring the mixing reaction and settling in the reaction solution completely; S3: the filter was precipitated in step 2, and the filter cake washed and dried to get a new type of compound modified silica adsorbent. The preparation of this method is simple, reliable, rich in raw materials, and the final preparation of modified silica particles is uniform, the surface activity is high, and the heavy metal ions, especially in the industrial wastewater, are Cr.

【技术实现步骤摘要】
一种改性二氧化硅吸附剂的制备方法
本专利技术涉及一种新型环境材料制备领域，特别涉及一种同时具备高吸附性和疏水性复合型改性二氧化硅吸附剂的新型制备方法。
技术介绍
我国工业化飞速发展，来自有色冶炼、电镀、电解等行业排放的含有重金属离子的废水已经严重地污染了引用水源，危害着人们的健康。重金属污染已经成为目前最为严重的水污染源之一，保护水源已经成为环保领域的一项重点研究课题。分离与去除水介质中重金属离子的方法有多种，如化学沉淀法、化学还原法、离子交换法、生物处理法及吸附法，诸方法相比，吸附法是一种简便、高效且吸附剂可再生与循环使用的有效方法。目前最常用的重金属离子吸附剂是有机高分子吸附材料，如聚苯乙烯基树脂、壳聚糖类、聚苯胺类等，而有机高分子吸附材料普遍存在的问题是强度不足，不利于工业治理和重复使用。而有机/无机复合材料则能充分改善有机高分子吸附材料的这些不足。改性二氧化硅是极其重要的高科技超微细无机新材料之一，因其粒径很小，比表面积大，表面吸附力强，表面能大，化学纯度高、分散性能好、热阻、电阻等方面具有特异的性能，以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，在众多学科及领域内独具特性，有着不可取代的作用。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种对重金属离子具有优异吸附性能同时，兼具优异疏水性的改性二氧化硅吸附剂的制备方法，该方法制备工艺简单可靠，原料来源丰富，并且最终制备的改性二氧化硅颗粒均匀，表面活性高，对重金属离子，尤其是对工业废水中的Cr2+吸附性能得到极大提高。为实现上述目的，本专利技术提供一种改性二氧化硅吸附剂的制备方法，包括如下步骤：S1：配置位阻剂溶液，所述位阻剂溶液由表面活性剂溶液和丙三醇溶液配制而成；S2：向步骤1中配制的位阻剂溶液中交替滴加硅酸溶液、硅烷偶联剂，并在反应过程中通过滴加碱性溶液控制反应混合液pH保持4-10范围内，搅拌混合反应，待反应溶液中沉淀完全；S3：将步骤2中沉淀过滤，并将过滤后的滤饼洗涤、烘干即得到复合型改性二氧化硅吸附剂。依据上述技术方案，本专利技术提供一种改性二氧化硅吸附剂制备方法：首先，本专利技术方法选用由丙三醇和表面活性剂混合组成的位阻剂溶液，并结合向所述位阻剂溶液中交替滴加硅酸溶液、硅烷偶联剂的特定操作方式，使所述硅酸在位阻剂溶液中不断水解转化为二氧化硅。所述二氧化硅在位阻剂溶液中，在表面活性剂及丙三醇的协同作用下，有效防止二氧化硅自身团聚，确保最终制备的改性二氧化硅吸附剂产品颗粒粒度分布均匀，粒径小，体积比表面大；另一方面，在搅拌条件下，二氧化硅表面羟基与硅烷偶联剂相聚合，从而向二氧化硅表面引入疏水性有机高分子长链，将二氧化硅原位改性为疏水性二氧化硅；所述疏水性有机高分子长链的引入，还能进一步防止二氧化硅自缩聚团聚，实现对改性二氧化硅吸附剂产品颗粒细度的有效控制；同时在二氧化硅表面形成更多的活性位点，如氨基等，使最终制备的改性二氧化硅兼具优异的吸附性和疏水性。此外，经专利技术人多次实验发现，在交替滴加混合反应过程中，通过滴加碱性溶液，将反应混合液的pH控制在3-10范围内时，能够有效推动硅酸不断水解为二氧化硅，使反应物利用率高。并防止酸碱过高造成对改性后二氧化硅表面微观分子链及微观形貌的破坏，从而损害改性二氧化硅吸附剂产品的疏水性和吸附性。进一步，所述步骤1中的表面活性剂溶液质量分数为0.1-0.15％，优选为0.12％。进一步，所述步骤1中的丙三醇溶液质量分数为0.6-1.2％，优选为0.8％。进一步，所述步骤1中位阻剂溶液具体由所述表面活性剂溶液和丙三醇溶液，按照体积比1.2-1.8:1混合配制。基于上述优选方法，通过对组成位阻剂溶液的表面活性剂溶液质量分数、丙三醇溶液质量分数，以及两者之间的具体混合配比关系进一步具体限定，从而对所述位阻剂中的表面活性剂成分与丙三醇成分含量比例进行明确限定。其中，对表面活性剂用量限定，旨在控制产品团聚,表面活性剂用量过高，反应较对较慢,分离成本高,对粒径影响不大,用量过低不容易阻止团聚。对丙三醇用量限定，旨在控制反应速率，较好控制二氧化硅与硅烷偶联剂之间的结合；也防止用量过少时，无法有效控制反应速率，引起二氧化硅团聚，不利于与硅烷偶联剂的结合。经专利技术人多次实验研究发现，只有将所述位阻剂中的表面活性剂与丙三醇具体用量配比关系，限定在本专利技术所述范围内时，才能有效控制二氧化硅改性反应速率，防止二氧化硅团聚，使最终制得的改性二氧化硅吸附剂产品颗粒分布均匀，细度高，体积比表面大，吸附性能和疏水性能好。进一步，所述步骤1中的用于配制表面活性剂溶液的表面活性剂选用：吐温20、吐温80或十二烷基苯磺酸钠表面活性剂中的一种或几种。进一步，所述步骤2中的碱性溶液为氨水。优选弱碱性氨水溶液对反应混合液进行调控，不仅利于控制氨水溶液用量，从而实现对反应混合液pH的精确控制。并且，所述氨水中和酸后生成的铵盐产物相比去其他碱性溶液而言，更方便回收利用。进一步，所述步骤2中的硅烷偶联剂选用：γ-氨丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、双[γ-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物中的一种或几种。进一步，所述步骤2中位阻剂溶液、硅酸溶液与硅烷偶联剂溶液的用量比例关系为：6-18：0.5-2：1。其中，本专利技术所述硅酸可直接选用一般市售硅酸，也可以从工业废水中回收得到。通过对所述位阻剂溶液、硅酸溶液与硅烷偶联剂溶液的用量比例关系对的具体限定，进一步控制二氧化硅表面化学键与硅烷偶联剂中化学长链之间的结合数量，共聚程度，使最终制得的改性二氧化硅不仅颗粒分布均匀，并且表面活性高，吸附性能和疏水性能优异。进一步，在所述步骤2交替滴加溶液时，控制反应温度为40-50℃并搅拌反应拌3-5h，滴加完毕后升温至65-80℃继续反应1-2h后，再在65℃条件下保温静置陈化2-3h，待反应沉淀完全。基于上述优选方案，本专利技术通过选用对反应温度进行递进式控制，一方面通过加热促进反应速率同时，有效控制整个反应进度，防止温度过高对反应物破坏，或温度过低导致实际生产效率低；另一方面，还结合本专利技术工艺中对各反应溶液具体用量配比关系控制，有效控制二氧化硅表面化学键与硅烷偶联剂中化学长链之间的结合数量，共聚程度，使最终制得的改性二氧化硅不仅颗粒分布均匀，并且表面活性高，吸附性能和疏水性能优异。进一步，所述步骤3中过滤所得滤饼用去离子水冲洗干净，将滤饼置于90-120℃的烘干箱内烘干即得所述复合型改性二氧化硅吸附剂产品。同理，对烘干温度90-120℃控制，主要是在确保烘干速率的同时，对制得的改性二氧化硅吸附剂表面微观形貌结构的有效保护。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1、依据本专利技术所述制备方法，通过选用由表面活性剂溶液和丙三醇溶液，按照特定配比关系组合而成的位阻剂与硅烷偶联剂配合，并结合本专利技术所述的特定操作步骤顺序：向位阻剂溶液中交替滴加硅酸、硅烷偶联剂方式，使硅酸水解产生的二氧化硅能够迅速与位阻剂聚合，防止二氧化硅自身团聚，并在二氧化硅表面引入高分子疏水化学链，有效控制最终制得的改性二氧化硅颗粒粒度，使产品颗粒粒度分布均匀，细度高，体积比表面大，并兼具优异的吸附性和疏水性。2、进一步，在本专利技术所述制备方法中，通过对本专利技术制备工艺中各反应溶液质量分数和用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性二氧化硅吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：配置位阻剂溶液，所述位阻剂溶液由表面活性剂溶液和丙三醇溶液配制而成；S2：向由步骤1配置的位阻剂溶液中交替滴加硅酸溶液、硅烷偶联剂，并在反应过程中通过滴加碱性溶液控制反应混合液PH保持4‑10范围内，搅拌混合反应，待反应溶液中沉淀完全；S3：将步骤2中沉淀过滤，并将过滤后的滤饼洗涤、烘干即得到复合性新型改性二氧化硅吸附剂。

【技术特征摘要】
1.一种改性二氧化硅吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：配置位阻剂溶液，所述位阻剂溶液由表面活性剂溶液和丙三醇溶液配制而成；S2：向由步骤1配置的位阻剂溶液中交替滴加硅酸溶液、硅烷偶联剂，并在反应过程中通过滴加碱性溶液控制反应混合液PH保持4-10范围内，搅拌混合反应，待反应溶液中沉淀完全；S3：将步骤2中沉淀过滤，并将过滤后的滤饼洗涤、烘干即得到复合性新型改性二氧化硅吸附剂。2.根据权利要求1所述的一种改性二氧化硅吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的表面活性剂溶液质量分数为0.1-0.15％，优选为0.12％。3.根据权利要求1所述的一种改性二氧化硅吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的丙三醇溶液质量分数为0.6-1.2％，优选为0.8％。4.根据权利要求1所述的一种改性二氧化硅吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中位阻剂溶液具体由所述表面活性剂溶液和丙三醇溶液，按照体积比1.2-1.8:1混合配制。5.根据权利要求1所述的一种改性二氧化硅吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的用于配制表面活性剂溶液的表面活性剂选用：吐温20、吐温80或十...

【专利技术属性】
技术研发人员：王应红，苏泽模，
申请(专利权)人：四川广阳环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51