[发明专利]一种具有多级孔道结构的硅藻土/水铝英石复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有多级孔道结构的硅藻土/水铝英石复合材料及其制备方法。该复合材料是以天然硅藻土为原料，通过原位水热法，将水铝英石纳米颗粒均匀负载于硅藻土表面，制得具有多级孔道结构的硅藻土/水铝英石复合材料；其具有微孔/介孔/大孔的多级孔道结构，包括水铝英石的微孔，硅藻土的大孔内表面负载水铝英石后形成的介孔以及硅藻土的大孔；该复合材料还具有比表面积和总孔体积大的特点，对苯、甲苯和正己烷等有机气体具有优异的吸附性能。本发明的制备方法具有工艺简单，制备周期短等特点，应用前景广阔。

技术领域

本发明属于有机气体治理技术领域，具体涉及一种具有多级孔道结构的硅藻土/水铝英石复合材料及其制备方法。

背景技术

有机气体是一类常见的大气污染物，广泛来源于石油化工、皮革制造、印刷、喷涂、建材、制药等行业，主要包括烃类、卤代烃、氮烃、含氧烃、硫烃以及多环芳烃等(李国文等，西安建筑科技大学学报，1998)。它们大多有毒、有恶臭，并会产生致癌、致畸、致突变的“三致”效应。此外，它们还可作为前躯体产生光化学烟雾，对环境安全和人类生存产生极大的危害。

有机气体的治理方法主要有吸附法、冷凝法、燃烧法、生物法和光催化降解法等。其中，吸附法由于成本低廉，工艺成熟，能耗低，去除效率高等特点，成为应用最广，最经济有效的有机气体治理方法。目前，市场上常用的吸附剂主要有活性炭和沸石分子筛等。活性炭的价格低廉，并具有丰富的微孔结构，适用于吸附各种有机气体。然而，活性炭的热稳定性低，孔道易阻塞，再生性能较差。相比活性炭，沸石分子筛的热稳定性高且孔道规则可控，并具有较大的比表面积和孔体积，在有机气体的择形吸附和脱附再生方面具有优势。但是，沸石分子筛存在孔结构单一和孔径分布范围较窄等缺点，使其只能吸附一定尺寸的有机气体分子，而对多组分、不同尺寸的有机气体分子的吸附效果较差，这限制了它的实际工业应用。而具有多级孔道结构的吸附剂能够吸附不同尺寸的有机气体分子。因此，急需寻求热稳定性高且具有多级孔道结构的吸附剂。

硅藻土是一种由硅藻生物的遗骸(即硅藻壳体)经沉积堆积后所形成的矿产资源，其主要矿物组成为硅藻蛋白石，矿物学上属A型蛋白石(Opal-A)。硅藻土具有以大孔为主的大孔/介孔型孔结构，孔径分布范围广泛(50-800nm)；同时，硅藻土的骨架结构稳定，热稳定性高，其作为载体材料，广泛应用于石油化工、环境、食品、建筑等各个领域。

中国发明专利《硅藻土的沸石化制备多级孔道结构沸石材料的方法》(专利号：01126842.5)，以硅藻土作为基体，采用水热法使沸石颗粒负载于硅藻土表面，从而制得具有多级孔道结构的硅藻土基沸石复合材料。但是，该复合材料对有机气体的吸附效果较差，其对苯的吸附量仅4.6％；并且，其水热反应的周期较长，能耗较高。此外，该复合材料的制备过程需用乙二胺等有毒有害的有机试剂，可能对环境造成二次污染。中国发明专利《一种用于吸附挥发性有机污染物的硅藻土基多孔复合材料及其制备方法》(专利号：201310048894.7)，以硅藻土作为载体，在其表面负载纳米沸石晶种，再通过水热法使纳米沸石晶种生长，形成致密的沸石膜，最终制得具有多级孔道结构的硅藻土基沸石复合材料。该复合材料对正己烷、苯、甲苯及邻-二甲苯等有机气体具有良好的吸附性能。然而，由于该专利合成的沸石颗粒粒径较大(约80nm)，其负载于硅藻土表面时容易堵塞硅藻土的大孔，因此，在制备硅藻土基沸石复合材料时需要通过强碱的溶蚀作用对硅藻土进行扩孔，以避免沸石颗粒堵塞硅藻土的大孔。此外，该复合材料的制备需要先对硅藻土进行表面改性才能使纳米沸石晶种负载于硅藻土表面，因此，其制备工艺较为复杂。