[发明专利]一种以石英砂尾矿为原料制备功能化介孔纳米SiO2

说明书

本发明提供一种以石英砂尾矿为原料制备功能化介孔纳米SiO₂材料的方法及其应用，包括以下步骤：S1：将石英砂尾矿球磨至粒径≤74μm，酸溶、洗涤、鼓风干燥；S2：将所得预处理后尾矿粉末与固体NaOH混合均匀后，250～800℃焙烧15～120min；S3：将所得熟料加入去离子水中，40～60℃水浴搅拌反应60～120min，抽滤、洗涤，合并滤液及洗涤液；S4：向Na₂SiO₃溶液中加入CTAB、二乙醇胺溶液，30～40℃水浴搅拌30～60min，静置12h；S5：将所得纳米SiO₂加入无水乙醇中，超声分散后，滴加KH‑792，40～60℃搅拌反应15～30min，再加入巯基改性剂，搅拌反应30～60min，过滤、洗涤、干燥后，即得。本发明功能化介孔纳米SiO₂材料，具有有序性好、比表面积大、粒径小、吸附能力强、负载能力强、分散性好、反应活性高、合成成本低等优良性能。

技术领域

本发明属于石英砂尾矿资源化利用领域，具体涉及一种以石英砂尾矿为原料制备功能化介孔纳米SiO₂材料的方法及其应用。

背景技术

石英砂是地球表面分布最广泛的矿物之一，石英砂的主要成分是SiO₂，另外还含有少量的Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO、K₂O、CaO等杂质。目前石英砂尾矿可用来制作水泥、釉面砖、涂料等建筑材料制品，但是资源化利用的石英砂尾矿仅占排量的十分之一，剩余未被利用的尾矿排放后，则随雨水被排到附近的水域之中，导致水土流失，造成河流堵塞，对矿区的植被造成严重的破坏、占据大量耕地，并且还伴有粉尘污染，石英砂尾矿的堆弃排放已经成为环境治理的一大难题。此外，尾矿的堆积也会造成资源的浪费，而且给企业和国家都造成了巨大的经济损失。因此，如何综合资源化利用石英砂尾矿也是目前行业研究的热点之一。

有序介孔材料是指在三维空间具备高度有序排列的材料，成千上万个均一孔径能够有序排列，早在1971年就有学者合成出有序介孔材料。目前，有序介孔SiO₂合成方法有多重，最常用的是水热合成法、溶胶～凝胶法、微波辐射合成法、室温合成法和非水体系合成法等。目前可以硅酸钠为硅源，采用溶胶～凝胶法制备介孔硅材料，可以通过不同的模板剂和温度来合成不同介孔和孔排列的有序介孔纳米SiO₂材料，而且得到的有序介孔纳米SiO₂材料比表面积比较大，结晶度较好，而硅酸钠则可以石英砂尾矿为原料通过碱溶解技术得到，因此以石英砂尾矿为原料来制备功能化介孔纳米SiO₂材料理论上是可行的。

本发明针对石英砂尾矿的特点和利用现状，利用石英砂尾矿为原材料采取碱溶解技术提取硅元素，制备功能化介孔纳米SiO₂材料，以综合利用大宗废弃石英砂尾矿为目标，并提升其经济价值，使其变废为宝，降低环境压力；同时利用这种高硅固废为原料制备功能化介孔纳米SiO₂材料还可以降低生产成本也是目前制备功能化介孔纳米SiO₂材料技术的研究热点和难点。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种以石英砂尾矿为原料制备功能化介孔纳米SiO₂材料的方法及其应用。

本发明的技术方案概述如下：

一种以石英砂尾矿为原料制备功能化介孔纳米SiO₂材料的方法，包括以下步骤：

S1：将石英砂尾矿球磨至粒径≤74μm，再将其加入1～2mol/L HCl溶液中，超声浸渍处理60～90min后，过滤分离出固体产物，并用去离子水洗涤3～4次，以除去酸溶出的Al³⁺、Ca²⁺，再于100～120℃鼓风干燥12h，得到预处理后尾矿粉末；