[发明专利]一种具有多级孔结构的改性硅藻土及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于硅藻土无机材料技术领域，具体涉及一种具有多级孔结构的改性硅藻土，同时还进一步提供了改性硅藻土的制备方法。

技术背景

硅藻土是由硅藻形成的一种硅质生物沉积岩，主要成分为多孔的无定形SiO₂，并含有少量Fe₂O₃、CaO、MgO、Al₂O₃及有机杂质。硅藻土材料的最大特点是具有多孔结构，比重小。工业上常用来作为助滤剂、保温材料、填料等，在过滤、树脂、涂料、涂料、建材、医药等诸多领域具有广泛的应用。硅藻土的孔分布单一，孔径范围在500nm以上，基本属于大孔材料。其孔结构随硅藻种类不同有一定变化，但基本属于相互贯通的三维孔道结构。由于硅藻土的孔道结构单一，其在作为吸附、消声减噪等材料时，其性能进一步调控的范围较小。

多孔材料的孔尺寸和孔道结构对其性能具有决定性的影响，根据其孔径可大致分为微孔（小于2nm）、介孔（2-50nm）和大孔（大于50nm）三类。在实际应用中，针对性的调控多孔材料的孔径可以对材料性能进行优化。近年来，发展具有多级孔径和孔道结构的多孔材料引起人们越来越多的重视，例如同时具有微孔和介孔结构的多级孔分子筛材料，具有更优异的则形催化性能和传质能力，在重油裂解等领域有重要应用潜力。硅藻土作为一种储量丰富的天然多孔材料，如果通过合适的改性技术对其孔道尺寸和结构进行改性，构造出多级孔道结构，将其作为一种新型的多级孔材料，必然能发挥更重要的应用价值。

发明内容

本发明的目的就是提供一种具有多级孔结构的改性硅藻土及其制备方法，通过对硅藻土的孔道进行改性，并获得具有多级孔结构的改性硅藻土材料。

本发明所述的一种具有多级孔结构的改性硅藻土，其特征在于：

在普通硅藻土的大孔结构中添加微孔和介孔结构，具体可以获得具有微孔（孔径2nm）和介孔（孔径10nm~20nm）结合、或介孔（孔径10nm~20nm）和大孔（孔径50nm~200nm）结合、或微孔（孔径2nm）和大孔（孔径50nm~200nm）结合的多级孔材料。

本发明所述的一种具有多级孔结构的改性硅藻土的制备方法，包括以下步骤：

1）取硅藻土原土1kg浸泡在1-2M盐酸溶液中1小时，将酸洗后硅藻土原土浸泡在1-2M氢氧化钠溶液中20分钟，用水洗涤后干燥得硅藻土改性原料；

2）取步骤1）的硅藻土改性原料，超声分散在10升无水乙醇中，加入硅源前体、模板剂、催化剂和水，25℃~40℃恒温搅拌反应12小时；

其中，所述的硅源前体可为括四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷任意一种，硅藻土原料和硅源前体的质量比在1:2~1：10范围内；

所述的催化剂为四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵或四丁基氢氧化铵任意一种，催化剂在乙醇中的质量浓度在0.1%~1%；

所述的模板剂为十六烷基三甲基溴化铵，模板剂在乙醇中的质量浓度在0~1%范围；

水在乙醇中的质量浓度在1%~5%范围；

3）上述反应后产物离心分离，用水洗涤三次后，分散在10升水中，调控溶液pH值在8.5-9.0之间，在85℃~95℃陈化6小时；

4）步骤（3）反应产物离心分离后，干燥得到具有多级孔结构的改性硅藻土。

经检测本发明的多级孔结构的改性硅藻土具有2nm微孔结构和50nm~100nm大孔结构。

本发明的积极效果在于：通过对硅藻土的孔道进行改性，在硅藻土原土的大孔结构中添加了介孔和微孔结构，获得具有多级孔结构的改性硅藻土材料，实现多级孔材料的制备；改性硅藻土的制备方法操作快速便捷，成本低廉。

具体实施方式

借助以下实施例对本发明做进一步描述，应理解，以下实施例是示范性的，而不是限制性的，可根据上述发明的技术方案和实际情况，来确定具体的实施方法。

实施例1

1）取硅藻土原土（二级土以上）1kg，浸泡在1M盐酸溶液中1小时，滤去盐酸溶液，加水洗涤三次；将酸洗后硅藻土原土浸泡在1M氢氧化钠溶液中20分钟，滤去溶液，加水洗涤三次；150℃鼓风干燥3小时，获得二氧化硅含量98%以上的硅藻土作为改性原料；

2）取1kg上述硅藻土原料，搅拌分散在10升10%的乙醇中，加入100g四乙氧基硅烷，13g四甲基氢氧化铵和100g水，35℃恒温搅拌反应12小时；