煤矸石是煤炭开采过程中产生的固体废物,目前中国煤矸石已累计约40亿吨。煤矸石大量堆积造成了很多环境问题:土地资源的浪费、地下水的污染、环境的污染以及煤矸石山体滑坡和崩塌造成的地质灾害。种种问题严重损害了人类的生存环境。二氧化硅气凝胶是一种极高孔隙率(80%～99%)和超低密度(0.003～0.5 g/cm3)的材料,导热系数极低(10～40 mW/(m·K)),比表面积为超大(500～1000 m2/g)的多孔纳米网状结构材料,在航空、建筑和环保等领域有较好的应用前景。但由于制备成本高,工艺流程复杂,限定了其应用范围,使得气凝胶不被大范围推广。本研究以陕西渭南市蒲白县煤矸石为原料,经过高温焙烧、酸浸提铝制备精细氧化铝、碱溶制备硅酸钠溶液,采用常压干燥法和溶胶—凝胶法制备出低密度、高性能及大块完整的SiO2气凝胶。通过X射线衍射、扫描电镜和热重—差热等分析手段研讨了制备因素对煤砰石活化、提铝和Si02气凝胶性能的影响,并研究了 SiO2气凝胶的形成机制。研究结果表明:(1)煤矸石活化的关键因素是温度,而粒径大小和冷却方法对于煤矸石的活化基本没有影响。煤矸石的焙烧温度达到500℃时已经活化成功;(2)煤矸石焙烧温度550℃,盐酸浸取时间180min,盐酸浓度为6mol/L和酸浸固液比1/6时煤矸石的提铝率达到最大;(3)氢氧化钠的碱溶浓度8 mol/L时SiO2质量分数最高,凝胶用盐酸形态最好,酸凝胶的浓度为9.5 mol/L时凝胶密度最小,选用乙酰胺、乙二醇和六甲基二硅醚对凝胶改性和真空干燥,Si02气凝胶的密度及其形态最佳;(4)SiO2气凝胶最佳制备方案:将研磨成200目粒径大小的煤矸石粉末煅烧在550℃条件下煅烧2 h,取其中2g用6 mol/L的盐酸酸浸、酸浸时间为180min,酸浸残渣用6 mol/L的氢氧化钠碱溶,碱溶时间为4 h,取其中2ml,加入正硅酸乙酯(用量为0.5 mL),乙二醇(用量一滴,约为0.1 mL)和乙酰胺(用量0.15 g),控制pH为7～8,加入三甲基氯硅烷和六甲基二硅醚(体积比为1:5)进行置换和改性,表面改性和溶剂置换的时间分别为24 h和72 h,真空干燥(70℃,24 h)得到块状SiO2干凝胶;(5)最佳制备方案条件下制备出块态SiO2气凝胶,平均密度为0.09～0.24 g/cm3,孔隙率为90%～98%,具有较高的疏水性,接触角为147.6°;SiO2气凝胶对油(食用油或二甲苯)的5h吸附率约可达500%左右;最佳热导率为0.02480163 W/m·K,达到了超级隔热材料的要求。