一種Gamma-脲丙基改性氣凝膠的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種Gamma-脲丙基改性氣凝膠的制備方法，先制備SiO2濕凝膠，再配制Gamma-脲丙基改性溶液，將SiO2濕凝膠在凝膠點(diǎn)后1-4小時(shí)內(nèi)加入配制的Gamma-脲丙基硅烷改性溶液中控溫進(jìn)行改性；再進(jìn)行溶劑置換；得到Gamma-脲丙基改性SiO2濕凝膠，然后超臨界干燥，得到Gamma-脲丙基改性SiO2氣凝膠材料。本發(fā)明使用了價(jià)格低廉的水玻璃為原料，且不需加熱，只需攪拌均勻即可；所制備的Gamma-脲丙基改性SiO2氣凝膠是納米尺寸孔徑、多孔、比表面積高，對(duì)Cu2+、Ni2+和Cr3+具有較高的吸附量。
【專利說明】—種Gamma-脲丙基改性氣凝膠的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低成本改性氣凝膠的制備，尤其涉及一種低成本的Ga_a-脲丙基改性氣凝膠的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]SiO2氣凝膠是一種新型的結(jié)構(gòu)可控的多孔材料，其具有高比表面積(最高達(dá)1000m2/g)、高空隙率(最高可達(dá)90%以上)、低密度(最低達(dá)0.02g/cm3)等特點(diǎn)，已經(jīng)在多個(gè)研究領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。由于SiO2氣凝膠的主要制備來源于正硅酸四甲酯或者正硅酸四乙酯等硅基原料，如胺基改性氣SiO2凝膠及其應(yīng)用(申請(qǐng)?zhí)?01010503498.5)，其中硅源主要來源是正硅酸四乙酯，其制備凝膠成本較高。目前專利的報(bào)道現(xiàn)有氣凝膠吸附重金屬離子的吸附劑的吸附量不高，其分別對(duì)Cu2+。Ni2+，Cr3+吸附量分別為139.6mg/g,55mg/g, 29mg/g( 一種胺基改性二氧化娃氣凝膠在重金屬離子吸附劑中的應(yīng)用，專利申請(qǐng)?zhí)?201310363455.5)。因此，想要克服現(xiàn)有的技術(shù)問題，提供一種價(jià)格低廉，吸附量高的氣凝膠吸附劑

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種Ga_a-脲丙基改性氣凝膠的制備方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種Gamma-脲丙基改性氣凝膠的制備方法，其具體步驟如下:
[0005](1)SiO2濕凝膠的的制備
[0006]將硅源和水按質(zhì)量比為1: (I~5)混合得到的混合溶液，加入到裝有陽離子交換樹脂的陽離子交換柱中，得到pH值在2~3之間的酸性硅溶膠，然后加堿性催化劑調(diào)節(jié)酸性硅溶膠PH值到6~8之間，靜置，得SiO2濕凝膠；
[0007](2) Gamma-脲丙基改性溶液的配制
[0008]將Gamma-脲丙基硅烷、無水醇溶液和水按體積比為1:(1~10): (O~0.3)混合得Ga_a-脲丙基硅烷改性溶液；
[0009](3) Gamma-脲丙基改性SiO2濕凝膠的制備
[0010]將步驟(1)制備得到的SiO2濕凝膠，在凝膠點(diǎn)后1-4小時(shí)內(nèi)加入步驟(2)所配制的Ga_a-脲丙基硅烷改性溶液中控溫進(jìn)行改性；其中Ga_a-脲丙基硅烷改性溶液與SiO2濕凝膠的體積比I~5:1 ;改性完后倒出用于改性SiO2濕凝膠所用的Gamma-脲丙基改性溶液，加入無水醇溶液控溫進(jìn)行溶劑置換；直至上層置換液PH值為6~8，得到Gamma-脲丙基改性SiO2濕凝膠；
[0011](4) Gamma-脲丙基改性SiO2氣凝膠的干燥
[0012]將步驟(3)中獲得的Gamma-脲丙基改性SiO2濕凝膠采用CO2超臨界干燥或乙醇超臨界干燥，得到Gamma-脲丙基改性SiO2氣凝膠材料。[0013]優(yōu)選所述硅源為鈉水玻璃或鉀水玻璃；所述的堿性催化劑為氨水或NaOH。優(yōu)選所述的Gamma-脲丙基硅烷為gamma-脲丙基三乙氧基硅烷或gamma-脲丙基三甲氧基硅烷；步驟(2)和(3)中所述的無水醇溶液均為乙醇或甲醇。
[0014]優(yōu)選步驟(3)中改性溫度為25°C~70°C，改性時(shí)間為2~10天；溶劑置換溫度為25?~70°C。
[0015]優(yōu)選步驟(4)中所述的乙醇超臨界干燥時(shí)，用N2氣保護(hù)，反應(yīng)溫度為250~2750C，高壓反應(yīng)釜壓力控制在9~13MPa，反應(yīng)時(shí)間為I~3小時(shí)；C02超臨界干燥用CO2氣體保護(hù)，反應(yīng)溫度為45~50°C，高壓反應(yīng)釜壓力控制在8~12MPa，反應(yīng)時(shí)間為2~3天。
[0016]有益效果:
[0017]本發(fā)明使用了價(jià)格低廉的水玻璃為原料，且不需加熱，攪拌均勻即可；所制備的Gamma-脲丙基改性SiO2氣凝膠是納米尺寸孔徑、多孔、比表面積高，對(duì)Cu2+、Ni2+和Cr3+具有較高的吸附量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是實(shí)例I所制備的Gamma-脲丙基改性SiO2氣凝膠的樣品圖；
[0019]圖2是實(shí)例2所制備的Gamma-脲丙基改性SiO2氣凝膠SEM掃描圖。
[0020]圖3是為實(shí)例3所 制備的Ga_a-脲丙基改性SiO2氣凝膠以及為改性氣凝膠的紅外分析圖；其中C為未改性氣凝膠，G為實(shí)例3 ；
[0021 ] 圖4是實(shí)例4所制備的Gamma-脲丙基改性SiO2氣凝膠TG — DSC圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]實(shí)施例1:
[0023]按鉀水水玻璃與水的質(zhì)量比為1:1配置水玻璃溶液，倒入離子交換柱中，得到pH值為2的硅溶膠，加入適量的NaOH催化劑，調(diào)劑pH值至5.5，靜置，凝膠。凝膠4小時(shí)后，加入Gamma-脲丙基三乙氧基硅烷與無水甲醇體積比為1:1改性溶液，改性溶液的體積為凝膠體積的5倍，改性時(shí)間為2天，改性溫度為65°C，改性完，用無水甲醇溶液進(jìn)行溶液置換，溫度為65°C，直至pH值為6。使用CO2超臨界干燥對(duì)Gamma-脲丙基改性SiO2凝膠干燥。干燥時(shí)，CO2壓力控制在8MPa，控制溫度在45°C，超臨界干燥時(shí)間為48h，得到Gamma-脲丙基改性氣凝膠產(chǎn)物，其樣品圖如圖1所示，由圖可以看出Ga_a-脲丙基改性SiO2氣凝膠是納米三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。用分光光度法測(cè)得其對(duì)Cu2+、Ni2+和Cr3+的吸附量分別為150mg/g、73mg/g 和 48mg/g。
[0024]實(shí)施例2:
[0025]按鈉水玻璃與水的質(zhì)量比為1:5配置水玻璃溶液，倒入離子交換柱中，得到pH值為3的硅溶膠，加入適量的氨水催化劑，調(diào)劑pH值至6.5，靜置，凝膠。凝膠I小時(shí)后，加入Gamma-脲丙基三甲氧基硅烷與無水乙醇及水比為1:10:0.3改性溶液，其體積為凝膠體積的I倍，改性時(shí)間為10天，改性溫度為25°C，改性完，用無水乙醇溶液進(jìn)行溶液置換，溫度為25V ’直至pH值為7。使用CO2超臨界干燥對(duì)Gamma-脲丙基改性SiO2凝膠干燥。干燥時(shí)，CO2壓力控制在12MPa，控制溫度在50°C，超臨界干燥時(shí)間為72h，得到Gamma-脲丙基改性氣凝膠產(chǎn)物，所制備的Gamma-脲丙基改性SiO2氣凝膠SEM掃描圖如圖2所示，從圖上可以看出所制得的氣凝膠為納米三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)；用分光光度法測(cè)得其對(duì)Cu2+、Ni2+和Cr3+的吸附量分別為159mg/g、80mg/g和55mg/g。
[0026]實(shí)施例3
[0027]按鈉水玻璃與水的質(zhì)量比為1:4配置水玻璃溶液，倒入離子交換柱中，得到pH值為2.5的硅溶膠，加入適量的氨水催化劑，調(diào)劑pH值至6，靜置，凝膠。凝膠3小時(shí)后，加入Gamma-脲丙基三乙氧基硅烷與無水乙醇及水比為1:3:0.1改性溶液，其體積為凝膠體積的I倍，改性時(shí)間為5天，改性溫度為45°C，改性完，用無水乙醇溶液進(jìn)行溶液置換，溫度為45°C，直至pH值為6。使用乙醇超臨界干燥對(duì)Gamma-脲丙基改性SiO2凝膠干燥。干燥時(shí)，壓力控制在9MPa，控制溫度在250°C，保溫時(shí)間為2h，得到Gamma-脲丙基改性氣凝膠產(chǎn)物，所制備的Ga_a-脲丙基改性SiO2氣凝膠以及為改性氣凝膠的紅外分析圖如圖3所示，由圖可知Ga_a-脲丙基基團(tuán)存在，說明改性成功。用分光光度法測(cè)得其對(duì)Cu2+、Ni2+和Cr3+的吸附量分別為145mg/g、83mg/g和50mg/g。
[0028]實(shí)施例4:
[0029] 按鉀水玻璃與水的質(zhì)量比為1:2配置水玻璃溶液，倒入離子交換柱中，得到pH值為3的硅溶膠，加入適量的NaOH催化劑，調(diào)劑pH值至7，靜置，凝膠。凝膠3小時(shí)后，加入Gamma-脲丙基三甲氧基硅烷與無水甲醇及水比為1:7:0.2改性溶液，其體積為凝膠體積的2倍，改性時(shí)間為天7，改性溫度為70°C，改性完，用無水甲醇溶液進(jìn)行溶液置換，溫度為70°C，直至pH值為8。使用乙醇超臨界干燥對(duì)Gamma-脲丙基改性SiO2凝膠干燥。干燥時(shí)，壓力控制在13MPa，控制溫度在275°C，保溫時(shí)間為3h，得到Gamma-脲丙基改性氣凝膠產(chǎn)物，所制備的Ga_a-脲丙基改性SiO2氣凝膠TG — DSC圖如圖4所示，由圖可知改性材料存在Gamma-脲丙基團(tuán)。用分光光度法測(cè)得其對(duì)Cu2+、Ni2+和Cr3+的吸附量分別為152mg/g、88mg/g 和 52mg/g0
【權(quán)利要求】
1.一種Gamma-脲丙基改性氣凝膠的制備方法,其具體步驟如下: (1)SiOjM凝膠的的制備 將硅源和水按質(zhì)量比為1: (I~5)混合得到的混合溶液，加入到裝有陽離子交換樹脂的陽離子交換柱中，得到pH值在2~3之間的酸性硅溶膠，然后加堿性催化劑調(diào)節(jié)酸性硅溶膠PH值到6~8之間，靜置，得SiO2濕凝膠； (2)Gamma-脲丙基改性溶液的配制 將Gamma-脲丙基硅烷、無水醇溶液和水按體積比為1:(I~10): (O~0.3)混合得Gamma-脲丙基硅烷改性溶液； (3)Gamma-脲丙基改性SiO2濕凝膠的制備 將步驟(1)制備得到的SiO2濕凝膠，在凝膠點(diǎn)后1-4小時(shí)內(nèi)加入步驟(2)所配制的Gamma-脲丙基硅烷改性溶液中控溫進(jìn)行改性；其中Gamma-脲丙基硅烷改性溶液與SiO2濕凝膠的體積比I~5:1 ;改性完后倒出用于改性SiO2濕凝膠所用的Ga_a-脲丙基改性溶液，加入無水醇溶液控溫進(jìn)行溶劑置換；直至上層置換液PH值為6~8，得到Gamma-脲丙基改性SiO2濕凝膠； (4)Gamma-脲丙基改性SiO2氣凝膠的干燥 將步驟(3)中獲得的Ga_a-脲丙基改性SiO2濕凝膠采用CO2超臨界干燥或乙醇超臨界干燥，得到Gamm a-脲丙基改性SiO2氣凝膠材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述硅源為鈉水玻璃或鉀水玻璃；所述的堿性催化劑為氨水或NaOH。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的Gamma-脲丙基硅烷為gamma-脲丙基三乙氧基硅烷或gamma-脲丙基三甲氧基硅烷；步驟(2)和(3)中所述的無水醇溶液均為乙醇或甲醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(3)中改性溫度為25°C~70°C，改性時(shí)間為2~10天；溶劑置換溫度為25°C~70°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(4)中所述的乙醇超臨界干燥時(shí)，用N2氣保護(hù)，反應(yīng)溫度為250~275°C，高壓反應(yīng)釜壓力控制在9~13MPa，反應(yīng)時(shí)間為I~3小時(shí)；C02超臨界干燥用CO2氣體保護(hù)，反應(yīng)溫度為45~50°C，高壓反應(yīng)釜壓力控制在8~12MPa，反應(yīng)時(shí)間為2~3天。
【文檔編號(hào)】C01B33/16GK104003407SQ201410102949
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】崔升, 吳蘭蘭, 沈曉冬 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)