[发明专利]一种去除废水中Cr的块状硅基气凝胶的常压制备方法

说明书

技术领域

       本发明属于新材料制备技术领域，特别涉及一种去除废水中Cr³⁺的块状硅基气凝胶的常压制备方法，特指利用常压干燥方法制备能够高效去除废水中Cr³⁺的块状硅基气凝胶。 

背景技术

       SiO₂气凝胶为轻质纳米多孔性非晶固态材料，具有许多优异的性能，如孔隙率高（～99%）、密度低（～0.3 g/cm³）、比表面积大（1 600 m²/g）、热导率低（＜0.02 W/mK）、声速低（～100 m/s）、折光率低（1.01~1.10）等。因此SiO₂气凝胶在隔热材料、声阻抗耦合材料、火箭液体推进剂的存储介质、Cherenkov探测器、催化剂及催化剂载体、高效隔热材料及制备高效可充电电池等领域具有广泛的应用前景，同时作为吸附剂在废水处理、空气净化和核废弃物处理中也有很好的应用前景。 

       目前，国内外制备SiO₂气凝胶通常都以硅酸酯为原料，采用溶胶-凝胶法，经超临界干燥制得。但是超临界干燥设备要求高，存在不安全因素等，且所制得气凝胶容易吸收水分而大大影响其性能，大规模应用受到很大制约。 

       随着工业的发展，重金属离子对环境造成的污染日益严重，对人类的安全也形成了极大的威胁，寻求经济的处理方法就显得尤为重要，铬是一种存在于矿冶、电镀、印染废水中的重金属，可通过皮肤、呼吸道等途径侵入人体，引起病态反应及具有强致癌作用。铬离子在水中主要以Cr³⁺和Cr⁶⁺的形式存在，Cr³⁺的毒性要低于Cr⁶⁺，但是Cr³⁺可以被氧化成具有强致癌性的Cr⁶⁺，所以工业废水中的Cr³⁺对环境及生物危害极大。目前Cr³⁺的处理方法有化学法（沉淀法、铁氧化法、电解还原法）、物理化学法（膜分离法、离子交换法、吸附法）、生物法（好氧处理法、厌氧处理法）等，其中吸附法由于具有操作简单、成本低、无二次污染等特点而被广泛应用。Huijuan Liu等人（Colloid and Surface A:Physicochemical and Engineering Aspects, 2009,347(1-3)38-44）研究了SiO₂气凝胶对有毒有机物的吸附性能；王碧等人（Journal of Sichuan Vocational and Technical College, 2011, 21(3)117-118）利用高分子絮凝剂处理含Cr³⁺的废水；李闻欣等人（中国皮革，2011,40(17)36-39）研究了废羊毛对Cr³⁺的吸附性能。 

       迄今为止，尚未有利用常压制备的块状硅基气凝胶来处理含有Cr³⁺的废水的报道。本研究表明：利用常压干燥制备的块状硅基气凝胶对Cr³⁺的去除率达到99%，能够有效处理含Cr³⁺的废水。 

发明内容

       本发明的目的是利用常压制备能有效去除废水中Cr³⁺的块状硅基气凝胶。而不同改性剂、不同比例改性的硅基气凝胶对于Cr³⁺的吸附性能有明显差异，因此常压制备对Cr³⁺吸附性能最为优异的块状硅基气凝胶是本发明的基本内容，以下这种常压制备的硅基气凝胶对Cr³⁺的吸附性能最佳，为含Cr³⁺的废水处理提供了一种新材料。 

       一种去除废水中Cr的块状硅基气凝胶的常压制备方法,按照下述步骤进行： 

一、块状硅基气凝胶制备方法如下：

       （1）将正硅酸四乙酯，无水乙醇，草酸（0.008mol/L）按照1:0.6:0.2的体积比混合于烧杯中，将烧杯封口，置于50℃水浴中磁力搅拌12h；

（2）逐滴缓慢加入一定量氨水，静置约40min，溶胶逐渐凝胶，立即加入无水乙醇浸泡36h（每12h换无水乙醇一次）以老化凝胶，并置换出凝胶中的水及其他未反应完原料，