由工业废渣制备SiO2气凝胶及沸石材料的研究

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SiO2气凝胶是一种轻质纳米多孔材料,具有低密度、高孔隙率、高比表面积和低热导率等特点,在许多领域具有广阔的应用前景。而沸石作为一种孔结构丰富的结晶硅铝酸盐,具有比表面积大、水热稳定性高等性能,广泛应用于催化剂、吸附剂、离子交换和新型功能材料等领域。本文旨在利用工业废渣粉煤灰为原料同时制备NaP1型沸石和SiO2气凝胶这两种高附加值多孔材料以及利用工业废渣硅粉为原料来制备SiO2气凝胶。达到粉煤灰和硅粉的“资源化”利用的要求。以工业废渣粉煤灰为原料,将两种新型多孔材料的制备技术融于一条工艺路线中,同时制备出NaP1型沸石和SiO2气凝胶,讨论了不同工艺条件对合成沸石的影响。通过XRD、SEM、FTIR对所合成沸石和气凝胶的物相、显微结构和化学基团进行了观察与分析并讨论了NaP1型沸石对重金属铜离子的吸附性能。结果表明:粉煤灰滤液制备出的SiO2气凝胶呈现出表面比较平整的小孔硅网络结构,比表面积为743m2·g-1,孔体积为2.32mL·g-1,平均孔径为9nm;Si/Al摩尔比为3:1的粉煤灰滤渣和氢氧化钠溶液在90℃下可以水热合成得到结晶度较高的NaP1型沸石;NaP1型沸石对于铜离子具有较高的吸附量,初期其吸附速度较快,30min时吸附量为52.8mg·g-1,之后吸附速度稍有减缓,吸附时间为60min时接近吸附饱和,饱和吸附量可达到82.7mg·g-1。以工业废渣硅粉为原料,通过水热法合成硅酸钠先驱体,采用溶胶-凝胶法制得SiO2湿凝胶,用正己烷/乙醇/三甲基氯硅烷混合溶液对湿凝胶进行改性后,再经常压干燥制备了SiO2气凝胶。利用SEM、FTIR、BET吸附-脱附测试方法对SiO2气凝胶的微观结构、形貌和性质进行了研究。结果表明,SiO2气凝胶具有连续多孔网络结构,比表面积为767~828m2·g-1,孔隙率为91.5%~95.1%。吸附机油的测试结果表明,SiO2气凝胶对于机油模拟的废水表现出优良的吸附性能,饱和吸油率最高可达到1105%。
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