專利名稱：一種提高硅藻土比表面積及納米孔比例的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種礦物材料處理方法，具體涉及一種提高硅藻土比表面積及納米孔比例的方法。
背景技術(shù)：
硅藻土是以SiO2為主要成分的礦物材料，根據(jù)生成種屬的不同具有各種孔道結(jié)構(gòu)，比表面積通常在20 m2/g左右，主要用于食品和醫(yī)藥工業(yè)中的助濾劑、催化劑載體、吸附劑、以及作為制備多孔陶瓷的原料。硅藻土的上述用途的關(guān)鍵因素在于其具有天然的多孔結(jié)構(gòu)和較高的比表面積，但是其孔結(jié)構(gòu)的孔徑分布不盡合理，主要表現(xiàn)為200-1000 nm的大孔較多，而2-10 nm左右的小孔較少，同時(shí)有些種屬(如中心目娃藻)礦化形成的娃藻土比表面積較低，應(yīng)用受到一定的限制。獲得高比表面積的方法主要包括選礦、化學(xué)處理以及高溫煅燒法等，選礦方法主要是通過去除硅藻土礦物中的粘土相等非孔結(jié)構(gòu)物質(zhì)，對孔徑結(jié)構(gòu)和比表面積的影響有限；化學(xué)處理方法中，中國專利“一種提高硅藻土比表面積的方法”(200910084253.0)公開了一種水熱化學(xué)處理方法，將NaOH、硅藻土和水配制成混合物，并在90-100° C溶解1_2小時(shí)，然后加入偏鋁酸鈉溶液、乙二醇(或乙二胺)，待形成凝膠后在反應(yīng)釜中100° C晶化5-15小時(shí)，工藝流程復(fù)雜；高溫煅燒方法提高硅藻土比表面積即主要通過去除硅藻土表面的有機(jī)質(zhì)實(shí)現(xiàn)，但提高幅度非常有限，且溫度控制不當(dāng)甚至?xí)驘Y(jié)現(xiàn)象降低硅藻土的比表面積。盡管也有方法通過在硅藻土基體上生長高比表面積的材料提高硅藻土比表面積，但其本質(zhì)上相當(dāng)于將硅藻土與其他高比表面積的材料相混合，而且掩蓋了硅藻土的表面，對于負(fù)載催化劑、濕度控制等需要硅藻土表面的應(yīng)用不利。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種提高硅藻土比表面積及納米孔比例的方法，目的是通過簡單的酸浸手段，提高硅藻土的孔容積和比表面積。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案按照以下步驟進(jìn)行
(1)將娃藻土破碎為粉體，粉體加入到O.5 5 mol/L的草酸溶液中，于20-95° C下攪拌下酸浸處理10分鐘 72小時(shí)，硅藻土粉體與草酸溶液的混合比例為50飛00 g/L；
(2)將上述酸浸處理后得到的硅藻土漿料過濾，過濾得到的固體產(chǎn)物經(jīng)水洗后，烘干或自然風(fēng)干，得到比表面積增加，納米孔比例增加的硅藻土。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是
硅藻土是生物成因礦，其主要成分為非晶態(tài)二氧化硅，其他化學(xué)成分包括氧化鐵、氧化鋁、氧化鈦等，表面還往往覆蓋有一層有機(jī)質(zhì)，本發(fā)明方法是利用硅藻土中的鐵、鋁、鈣等化學(xué)成分可以被酸浸出并在溶液中形成絡(luò)合物的特點(diǎn)，利用浸出后形成的納米孔提高硅藻土的比表面積，完全保留了硅藻土的表面，并且可以應(yīng)用于煅燒完后的硅藻土。與提高硅藻土的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案使硅藻土在保持原有結(jié)構(gòu)形貌的基礎(chǔ)上將比表面積增加至80 m2/g以上，并獲得大量2-10 nm尺寸的小孔，使得孔徑分布
3更加均勻，處理后的硅藻土顯示出更強(qiáng)烈的吸放濕能力。本發(fā)明的技術(shù)方案工藝過程簡單，成本低廉，不需要現(xiàn)有技術(shù)的反復(fù)加酸、加堿和水熱處理，得到的硅藻土可用于啤酒飲料工業(yè)的助濾劑、環(huán)境處理工程中的吸附劑以及燒結(jié)制備多孔硅藻土陶瓷材料的基本原料。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例I經(jīng)酸浸處理前后硅藻土的氮?dú)馕降葻峋€曲線圖2為本發(fā)明實(shí)施例I經(jīng)酸浸處理前后硅藻土的孔容一孔徑微分分布曲線圖3為本發(fā)明實(shí)施例I經(jīng)酸浸處理后的硅藻土的形貌圖4為本發(fā)明實(shí)施例2經(jīng)酸浸處理前后硅藻土的孔容一孔徑微分分布曲線圖5為本發(fā)明實(shí)施例3經(jīng)酸浸后的硅藻土孔容一孔徑微分分布曲線；
圖6為本發(fā)明實(shí)施例3經(jīng)酸浸處理前后的硅藻土樣品吸放濕能力對比圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例采用的硅藻土產(chǎn)自吉林省長白地區(qū)。本發(fā)明對實(shí)施例中制備的硅藻土基多孔材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀察采用的儀器是日本電子生產(chǎn)的掃面電子顯微鏡(JSM-6510A)。孔徑分布利用氮?dú)馕椒椒ㄔ诿绹鳰icromeritics公司TriStarII 3020孔隙分析儀上進(jìn)行測試。吸濕和放濕性能按如下方法進(jìn)行測試將樣品在150° C條件下干燥10小時(shí)去除表面水，然后取一定質(zhì)量(10 g左右)的樣品置于相對濕度為83%、室溫環(huán)境中，并利用千分之一天平記錄樣品的質(zhì)量變化，記錄時(shí)間間隔為I分鐘；吸濕24小時(shí)后取出樣品將其重新置于35%相對濕度環(huán)境中連續(xù)放濕24小時(shí)，以吸濕過程相同條件記錄質(zhì)量變化；以質(zhì)量相對變化對時(shí)間作圖即得吸放濕曲線。下面為本發(fā)明的具體實(shí)施例。實(shí)施例I
(1)將比表面積為18.2 m2/g硅藻土破碎為粉體，粉體加入到O. 5mol/L的草酸溶液中，于50° C下攪拌下酸浸處理24小時(shí)，硅藻土粉體與草酸溶液的混合比例為150 g/L ；
(2)將上述酸浸處理后得到的硅藻土漿料過濾，過濾得到的固體產(chǎn)物經(jīng)水洗后，于50° C烘干，得到孔徑分布均勻的硅藻土。經(jīng)酸浸處理24小時(shí)，硅藻土最終比表面積達(dá)到78. 3 m2/g，是處理前的4倍，如圖I所示，其孔容一孔徑微分分布曲線如圖2所示，相比未處理硅藻土增加了孔徑在2-20 nm的小孔，其形貌圖如圖3所示，經(jīng)處理后的硅藻土仍然表現(xiàn)特征的圓盤狀，沒有明顯的破碎現(xiàn)象。實(shí)施例2
(1)將比表面積為19.3 m2/g的硅藻土破碎為粉體，粉體加入到2mol/L的草酸溶液中，于室溫20°C下攪拌下酸浸處理72小時(shí)，硅藻土粉體與草酸溶液的混合比例為50 g/L ；
(2)將上述酸浸處理后得到的硅藻土漿料過濾，過濾得到的固體產(chǎn)物經(jīng)水洗后，自然風(fēng)干，得到孔徑分布均勻的硅藻土。
經(jīng)處理72小時(shí)酸浸處理的硅藻土比表面積增加到27. I m2/g，其酸浸前后產(chǎn)物的孔容一孔徑微分分布曲線，可見20 nm以下納米孔的比例增加，且大孔保持不變。實(shí)施例3
(1)將比表面積為19.8 m2/g的硅藻土破碎為粉體，粉體加入到5mol/L的草酸溶液中，于95° C下攪拌下酸浸處理10分鐘，硅藻土粉體與草酸溶液的混合比例為500 g/L；
(2)將上述酸浸處理后得到的硅藻土漿料過濾，過濾得到的固體產(chǎn)物經(jīng)水洗后，于150° C烘干，得到孔徑分布均勻的硅藻土。硅藻土的比表面積由未處理的19. 8 m2/g增加到84. 8 m2/g，如圖5所示，酸浸處理后生成了大量的納米孔。 將烘干后的硅藻土分別置于83RH%和30RH%下吸濕和防濕24小時(shí)，稱量吸放濕過程中的質(zhì)量變化，圖6為經(jīng)草酸處理前后的硅藻土吸濕能力和防濕能力曲線，可見處理后吸濕和放濕能力均提聞10%以上。
權(quán)利要求
1.一種提高硅藻土比表面積及納米孔比例的方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行 (1)將娃藻土破碎為粉體，粉體加入到O.5 5 mol/L的草酸溶液中，于20-95° C下攪拌下酸浸處理10分鐘 72小時(shí)，硅藻土粉體與草酸溶液的混合比例為50飛00 g/L； (2)將上述酸浸處理后得到的硅藻土漿料過濾，過濾得到的固體產(chǎn)物經(jīng)水洗后烘干或自然風(fēng)干，得到比表面積增加，納米孔比例增加的硅藻土。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種礦物材料處理方法，具體涉及一種提高硅藻土比表面積及納米孔比例增加的方法。本發(fā)明步驟是將硅藻土破碎為粉體，粉體加入到0.5～5mol/L的草酸溶液中，于室溫-95℃下攪拌下酸浸處理10分鐘～72小時(shí)，硅藻土粉體與草酸溶液的混合比例為50～500g/L，將上述酸浸處理后得到的硅藻土漿料過濾，過濾得到的固體產(chǎn)物經(jīng)水洗后，烘干或自然風(fēng)干，得到比表面積增加，孔徑分布均勻的硅藻土。與提高硅藻土的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案使硅藻土在保持原有結(jié)構(gòu)形貌的基礎(chǔ)上將比表面積增加至80m2/g以上，并獲得大量2-10nm尺寸的小孔，使得孔徑分布更加均勻，處理后的硅藻土顯示出更強(qiáng)烈的吸放濕能力。
文檔編號C01B33/18GK102923724SQ20121049148
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者秦高梧, 李松, 任玉平, 左良 申請人:東北大學(xué)