[发明专利]一种以碱式活化污泥炭为原料制备纳米二氧化硅的方法

权利要求书

1.一种以碱式活化污泥炭为原料制备纳米二氧化硅的方法，其特征在于纳米二氧化硅是按以下步骤完成：

一、首先将污泥经过自然干燥至恒重，然后采用机械破碎，筛分得到粒径小于100μm的干燥污泥；二、对步骤一制备的干燥污泥进行炭化处理，得到炭化污泥；三、将步骤二制备的炭化污泥进行酸浸处理，通过固液分离得到硅炭复合体；四、将步骤三得到的硅炭复合体采用碱式活化处理，得到硅酸盐溶液；五、将步骤四得到的碳酸盐溶液采用表面改性溶胶-凝胶法、表面活性剂溶胶-凝胶法或无表面活性剂溶胶-凝胶法制备得到纳米二氧化硅。

2.根据权利要求1所述的一种以碱式活化污泥炭为原料制备纳米二氧化硅的方法，其特征在于步骤一中所述的污泥选自城市污水厂脱水剩余污泥、生物膜污泥、浓缩污泥、工业污水处理污泥、企业污水处理污泥、造纸污泥、消化污泥、消化污泥与初沉污泥的混合物和剩余污泥与初沉污泥的混合物。

3.根据权利要求2所述的一种以碱式活化污泥炭为原料制备纳米二氧化硅的方法，其特征在于步骤二中所述的炭化处理为在500℃～1000℃、保护气体保护下炭化时间为1h～6h，其中所述的保护气体选自氮气、氩气、氦气、一氧化碳、二氧化碳和水蒸气。

4.根据权利要求3所述的一种以碱式活化污泥炭为原料制备纳米二氧化硅的方法，其特征在于步骤三中所述的酸浸处理具体操作过程为：将步骤二制备的炭化污泥在温度为50℃～90℃下放入酸浸取剂中处理0.5h～3h；其中所述的酸提取剂选自盐酸、硫酸和硝酸；其中所述的炭化污泥与酸浸取剂的质量比为1∶(15～25)。

5.根据权利要求4所述的一种以碱式活化污泥炭为原料制备纳米二氧化硅的方法，其特征在于步骤四中所述的碱式活化处理具体操作过程为：将步骤三得到的硅炭复合体与碱性活化剂均匀混合，然后在温度为600℃～1000℃下活化1h～12h，得到硅炭材料，将硅炭材料冷却至50℃～90℃，然后加入去离子水进行水洗处理，水洗处理时间为1h～12h，进分离得到硅酸盐溶液；其中所述的碱性活化剂的溶质选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠和碳酸钾，碱性活化剂的溶剂为水；其中所述的硅炭复合体与碱性活化剂的质量比为1∶(0.5～3)；其中所述的硅炭材料与去离子水的质量比为1∶(10～50)。

6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的一种以碱式活化污泥炭为原料制备纳米二氧化硅的方法，其特征在于步骤五中所述的表面改性溶胶-凝胶法具体操作过程为：在温度为20℃～30℃的条件下向步骤四制备的硅酸盐溶液中加入表面活性剂，并混合均匀得到混合物，在磁力搅拌速度为100r/min～300r/min下向混合物中加入0.5mol/L～3.0mol/L的硫酸溶液或盐酸溶液，将混合物的pH调节至9.0，得到中和后的硅酸盐溶液，取出磁力搅拌器转子静置至中和后的硅酸盐溶液成为水凝胶，在45℃～55℃下将水凝胶放入蒸馏水中浸泡陈化12～24h，然后采用蒸馏水洗涤陈化后的水凝胶，洗涤1～5次，然后在45℃～55℃下将洗涤后的水凝胶放入己烷溶剂中，并在45℃～55℃下密封浸泡12h～48h，得到凝胶，在45℃～55℃下将凝胶放入六甲基二硅氨烷-己烷溶液中，浸泡24h～48h，得到表面改性凝胶，然后采用己烷溶剂对表面改性凝胶进行洗涤，洗涤1～5次，得到有机凝胶，最后将有机凝胶在85℃～95℃下鼓风干燥10h～24h或在40℃～50℃下真空干燥10h～24h，即得到纳米二氧化硅；其中所述的表面活性剂为质量分数为1～10％的聚乙二醇-10000，所述加入的表面活性剂与硅酸盐溶液的体积比为(1～6)∶100；其中所述的六甲基二硅氨烷-己烷溶液中六甲基二硅氨烷与己烷的体积比为(3～7)∶100。