一種塊狀雜化氣凝膠的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種塊狀雜化氣凝膠的制備方法，特指在 常壓條件下快速制備出的一種塊狀氣凝膠，并對廢水中的Cd2+具有高效的去除作用。
【背景技術(shù)】
[0002] 二氧化硅氣凝膠是一種低密度納米多孔非晶態(tài)材料，具有連續(xù)無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 二氧化硅氣凝膠獨特的性質(zhì)包括超高的比表面積(>1〇〇〇 m2/g)，低折射系數(shù)(<1.1)，低電 導(dǎo)系數(shù)(<1.7)，低熱導(dǎo)率(~0.017 W/m· K)，低聲傳播系數(shù)(<100 m/s)和低密度(<100 kg/ m3)等特點。這些特點使得其可被制作成聲阻抗耦合材料、過濾材料、高溫隔熱材料等多種 高性能材料，在切侖可夫探測器、催化劑及催化劑載體、寬帶減反射、高效可充電電池、防眩 光涂層、低介電常數(shù)絕緣層、超高速集成電路基片、高激光損傷閾值增透薄膜、高效絕熱涂 層等眾多領(lǐng)域，都具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003] 運用超臨界干燥制備二氧化硅氣凝膠的條件苛刻，制備周期耗時長，對設(shè)備要求 高，且在高溫高壓的條件下，能耗大有一定的危險性，因此嚴(yán)重的制約了其工業(yè)化大規(guī)模生 產(chǎn)。常壓干燥制備氣凝膠具有設(shè)備簡單，成本較低，可連續(xù)操作等優(yōu)點，引起了科研工作者 的廣泛關(guān)注。
[0004] 含鎘的廢水是危害最為嚴(yán)重的重金屬廢水之一。鎘易在生物體內(nèi)聚集，如若廢水 不加以處理或處理不達標(biāo)排放到自然環(huán)境中，勢必會對自然環(huán)境和人類健康造成嚴(yán)重后 果。長期接觸低濃度的鎘化合物，將引起貧血，肺氣腫，神經(jīng)痛，骨質(zhì)疏松等等疾病。含鎘廢 水常見的處理方式有沉淀法，離子交換法，吸附法等。其中吸附法有著操作簡單，成本低廉， 無二次污染等特點。二氧化硅氣凝膠有著超高的比表面積，且其性能可隨著制備工藝參數(shù) 的改變而得到控制，因此二氧化硅氣凝膠在處理廢水中的鎘離子方面有著廣闊的應(yīng)用前 景。
[0005] 本發(fā)明在常壓條件下快速地制備出塊狀的二氧化硅氣凝膠，且對廢水中的鎘離子 有著高效的移除作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明旨在提供一種常壓下制備出具有較好Cd2+吸附效果的塊狀雜化氣凝膠，為 重金屬離子Cd2+的吸附提供了一種新方法。
[0007] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下:一種塊狀雜化氣凝膠的制備方法，其特征在于，按照 如下步驟進行： (1) 在燒杯中量取一定量的正硅酸四乙酯、去離子水、乙腈、草酸溶液混合，攪拌均勻后 置于水浴鍋內(nèi)反應(yīng);取出燒杯待恢復(fù)至室溫，用移液槍移取3_氨丙基三乙氧基硅烷于燒杯 中，邊攪拌，邊滴加;凝膠后，加入乙腈，老化； (2) 將老化過后的凝膠，用含有異氟爾酮二異氰酸酯的乙腈溶液浸泡，置于水浴鍋內(nèi)交 聯(lián)； (3) 取出交聯(lián)過的凝膠，加入乙腈，室溫下靜置后，用帶針孔的保鮮膜封口，置于常壓烘 箱內(nèi)干燥，得到二氧化硅塊狀氣凝膠。
[0008] 其中，步驟(1)中所述混合的正硅酸四乙酯、去離子水、乙腈、草酸的體 積比為4.5:2:8:0.4，其中草酸溶液的濃度為0.008mol/L;所述正硅酸四乙酯與3-氨丙 基三乙氧基硅烷的體積比為4.5 : 08-1.2;所述水浴條件為在30-60°C的水浴鍋內(nèi)水浴8- 15min;所述老化時間為2-5h;所述加入乙腈老化過程中加入的乙腈的量應(yīng)等于或大于凝膠 的量。
[0009] 其中，步驟(2)中所述水浴條件為在30-60°C的水浴鍋內(nèi)24-36h;所述乙 腈溶液中異氟爾酮二異氰酸酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%;所述含有異氟爾酮二異氰酸酯的乙腈 溶液的用量為等于或大于凝膠的量。
[0010] 其中，步驟(3)中所述加入乙腈的量應(yīng)等于或大于凝膠的量;所述靜 置時間為12_24h;所述常壓烘箱內(nèi)干燥的條件為50-100°C的干燥30-48h。
[0011] 本發(fā)明所述的塊狀雜化氣凝膠用于去除廢水中的Cd2+的方法如下： (1)在一定的Cd2+濃度下，調(diào)節(jié)不同的pH值，得到吸附Cd2+最佳的pH。
[0012] (2)不同的初始Cd2+濃度，用制備出的氣凝膠吸附24h，得到其理論最大吸附量。 [0013]本發(fā)明的優(yōu)點： (1)本發(fā)明硅源的水解在低溫的水浴鍋30-60°C用時8-15min，相比較傳統(tǒng)的工藝，水 解所用時間大幅減少。
[0014] (2)本發(fā)明在常壓條件下制備塊狀雜化氣凝膠，無需溶劑交換和表面改性，耗能 低，耗時少，在整個實驗中，僅在老化和異氰酸酯交聯(lián)過后使用一定量的乙腈來交換掉未反 應(yīng)的物質(zhì)，沒有使用低表面張力的溶劑交換和表面改性來降低其毛細管力，成功的制備出 了塊狀的雜化氣凝膠，這對工業(yè)生產(chǎn)而言，極大的降低了其生產(chǎn)成本。其中使用的異氟爾酮 二異氰酸酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，僅為5%，在常壓烘箱內(nèi)干燥的溫度為50-100°C，時間為30- 48h，這同傳統(tǒng)的超臨界干燥相比耗能低，簡單，安全，易操作，更加容易實現(xiàn)工業(yè)化。
[0015] (3)本發(fā)明制備出來的塊狀雜化氣凝膠對廢水中的重金屬離子Cd2+具有高效吸附 吸附作用，沒有二次污染，簡單易操作，其吸附量可達到24.319mg/g. (4) 本發(fā)明制備的塊狀的氣凝膠易于回收重復(fù)利用。
[0016] (5)現(xiàn)有技術(shù)中利用超臨界干燥，高耗能，但具有一定的危險性，一般的常壓干燥， 需要低表面張力的溶劑交換和表面改性，這耗時長，消耗大量的溶劑。本發(fā)明中采用常壓干 燥，無須溶劑交換和表面改性。
【附圖說明】
[0017] 圖1.常壓制備出的塊狀雜化氣凝膠圖； 圖2.常壓制備出硅基氣凝膠的透射電鏡圖（左)和掃描電鏡圖（右）； 圖3.常壓制備出的塊狀雜化氣凝膠的孔徑分布圖； 圖4.常壓制備出的塊狀雜化氣凝膠的N2吸附脫附曲線，圖中?為脫附曲線；為吸 附曲線； 圖5.常壓制備出的塊狀雜化氣凝膠的Cd2+吸附pH的影響； 圖6.塊狀雜化氣凝膠對Cd2+的理論吸附值。
【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合具體的實施方式對本發(fā)明進行進一步的說明。
[0019] 實施例1:塊狀雜化氣凝膠的制備 (1)在燒杯中量取4.5mL的正硅酸四乙酯，2mL去離子水，8mL乙腈， 0.4mL(0.008mol/L)草酸，攪拌均勾后置于50°C的水浴鍋內(nèi)lOmin。取出燒杯待恢復(fù)至 室溫，用移液槍移取lmL的3-氨丙基三乙氧基硅烷于燒杯中，邊攪拌，邊滴加。幾分鐘后凝 膠，加入20mL乙腈，老化2個小時。
[0020] (2)將老化過后的凝膠，用30mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的二異氰酸酯的乙腈溶液浸泡，置于 40°C的水浴鍋內(nèi)36h。
[0021] (3)取出交聯(lián)過的凝膠，加入20mL乙腈，室溫下靜置24h后，用帶針孔的保鮮膜封 口，置于60°C的烘箱內(nèi)干燥36h，得到二氧