：本发明属于无机非金属材料，具体涉及一种基于二次生长制备球状大孔容硅胶的方法。
背景技术
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背景技术：
1、硅胶的主要成分是二氧化硅，是一种多孔物质，主要用作吸附剂、干燥剂和催化剂载体等。化学共沉淀法是制备球形硅胶的常用方法，具体为：一定浓度的稀硅酸钠和稀硫酸混合反应生成多硅酸，从设备中喷出进入水中形成球状硅胶前驱体，然后经过陈化、酸泡、水洗、干燥，最后得到成品。由于在干燥的过程中湿硅胶会失去约85％的水造成骨架崩塌，所以没有经过进一步处理的硅胶孔容一般在1.0ml/g以下，严重限制了其应用。因此，为利用化学沉淀法制备的球状硅胶前驱体寻求一种后处理方法得到大孔容硅胶具有重要的实际生产意义。对于利用化学沉淀法制备的硅胶，目前提高孔容的方法主要有：(1)采用易挥发的有机溶剂(通常用乙醇)将水置换出来，由于有机溶剂挥发快，与水相比有机溶剂分子与硅胶的作用力小，故而有利于降低干燥时骨架坍缩程度，从而得到大孔容硅胶。但在实际生产过程中，由于生产安全的要求，大量挥发性有机物的使用受到限制，此方法难以在实际生产中得到应用；(2)在高温高压的条件下对硅胶前驱体进行处理，使其小颗粒溶解，大颗粒进一步生长，在干燥的过程中骨架不易塌缩，从而得到大孔容硅胶。但此方法需要高温高压，这对实际生产过程提出了更高的要求；(3)利用表面活性剂浸泡水洗后的硅胶前驱体，在干燥的过程中在孔中形成有效支撑，干燥后再通过焙烧将表面活性剂除去。但此方法中使用的表面活性剂量大，大大增加了原料成本，并且由于大量有机物的存在，不可避免的要对硅胶进一步的焙烧，又增加了能源消耗；(4)采用微波干燥、喷雾干燥、冷冻干燥等干燥方法，但此类方法增加能耗及生产设备成本。
技术实现思路
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技术实现要素：
1、本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种制备球状大孔容硅胶的方法，该方法不使用有机溶剂和表面活性剂，不利用高温高压进行老化处理，不使用喷雾干燥、微波干燥等增加能耗和设备投资的干燥方法，而是在水溶液中常压下进行老化处理，采用普通的方法进行干燥，最大程度的减少工艺改造成本。为了实现上述目的，该方法先通过共沉淀法制备球状的硅胶前躯体，然后利用一定浓度的硅酸钠溶液将其浸泡，由于硅酸根离子是形成硅胶的反应物离子之一，所以会被吸附到球形硅胶前驱体的内部。然后再利用一定浓度的稀硫酸浸泡，同理，由于氢离子是硅胶前驱体的反应物离子，所以会被吸附到硅球内部，同时与硅酸根离子发生反应，进而使得球形硅胶前驱体的骨架得到增强。然后在水中经过老化，让小颗粒溶解，大颗粒得到进一步生长，让骨架得到进一步增强，使其在干燥的过程中一定程度上防止结构坍塌，从而制得具有较大孔容的硅胶。
2、为了实现上述目的，本发明涉及的基于二次生长制备球状大孔容硅胶的方法，包括以下步骤：
3、(1)将质量分数为15-22％的硅酸钠溶液和质量分数为15-22％的硫酸溶液分别泵入球状硅胶反应器中，得到球状硅胶前驱体；
4、(2)向硅胶固体颗粒中加入质量分数为10-40％的硅酸钠溶液，30-50℃下加热搅拌0.5-6小时，使硅酸钠吸附到球状硅胶前驱体内部；
5、(3)将液体排净，向硅胶中加入质量分数为1.0-6.0％的稀硫酸，控制ph值为3-7，然后在30-50℃下加热搅拌0.5-3小时，此时球状硅胶前驱体内部吸附的硅酸钠与硫酸反应，在球状硅胶前驱体内部二次生长硅胶颗粒，再次升温至80-95℃，继续加热搅拌2-3小时，使小颗粒溶解，大颗粒长大，进行老化；
6、(4)最后经水洗、干燥得到硅胶成品。
7、具体地，所述步骤(4)具体为：将老化后溶液中的液体排净，加入去离子水搅拌水洗硅胶，将水洗水过滤排净后重复加水洗硅胶，至水洗水的电导率＜20μs/cm为止；然后在120-200℃下干燥2-5小时，得到硅胶成品。
8、优选地，所述步骤(2)中硅酸钠溶液的质量分数为12-25％，ph值为4-6。
9、球形硅胶反应器为现有的能够直接得到球状硅胶的装置。在球形硅胶反应器中硅酸钠和硫酸反应生成硫酸钠和球状二氧化硅，硫酸钠溶于水随溶液排出，剩余的硅胶固体颗粒在去离子水中，然后向硅胶固体颗粒中加入硅酸钠溶液，30-50℃下搅拌0.5-6小时后使其吸附到硅胶前驱体内部，然后再加入质量分数为1.0-6.0％的稀硫酸，控制ph值为3-7，30-50℃下与硅胶内部吸附的硅酸钠进行反应0.5-3小时。在硅胶球内部二次生长硅胶颗粒能够增强硅胶骨架，干燥时能一定程度上防止孔坍塌，再经干燥使水脱除，然后得到硅胶成品。
10、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)不使用任何有机溶剂，不添加任何表面活性剂，老化过程不需要高温高压，大大降低成本；(2)通过在硅球内部二次生长硅胶颗粒，增加了硅球内部骨架的强度，可以一定程度上避免干燥过程中孔结构坍塌，从而得到大孔容硅胶，孔容为1.45-1.70ml/g；(3)二次生长过程同时进行了酸洗，简化了制备工艺。
1.一种基于二次生长制备球状大孔容硅胶的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于二次生长制备球状大孔容硅胶的方法，其特征在于，将质量分数为15-22％的硅酸钠溶液和质量分数为15-22％的硫酸溶液分别泵入球形硅胶反应器中，得到球状硅胶前驱。
3.根据权利要求1所述的基于二次生长制备球状大孔容硅胶的方法，其特征在于，所述步骤(4)具体为：将老化后溶液中的液体排净，加入去离子水搅拌水洗硅胶，将水洗水过滤排净后重复加水洗硅胶，至水洗水的电导率＜20μs/cm为止；然后在120-200℃下干燥2-5小时，得到硅胶成品。
4.根据权利要求1所述的基于二次生长制备球状大孔容硅胶的方法，其特征在于，所述步骤(2)中硅酸钠溶液的质量分数为12-25％，ph值为4-6。
