[发明专利]一种煤矸石基介孔氧化硅材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种煤矸石基介孔氧化硅材料及其制备方法。煤矸石基介孔氧化硅材料的制备方法包括，将煤矸石基硅源、有机羧酸、无水有机醇和表面活性剂按照摩尔配料比为30～200:5～400:250～2000:1.0进行混合、反应，将反应溶液进行溶剂热自组装处理，经过离心、洗涤和干燥处理，得到煤矸石基介孔氧化硅材料前驱体；按照液固质量比10～100:1，将煤矸石基介孔氧化硅材料前驱体均匀溶于无机强酸溶液中，然后在密封条件下聚合，再将聚合所得产物进行焙烧。本发明提供的煤矸石基介孔氧化硅材料由上述方法制得，具有均一的介孔孔道结构。该方法原料廉价，工艺简单，大大降低了介孔氧化硅材料的制备成本，利于扩大化生产，所制得的煤矸石基介孔氧化硅材料具有高水热稳定性，应用范围广。

技术领域

本发明属于无机多孔材料领域，尤其涉及一种煤矸石基介孔氧化硅材料及其制备方法。

背景技术

介孔氧化硅材料具有高比表面积、孔隙率和较大且均一可调的介孔孔径等优点，可有效克服微孔沸石分子筛难以完成的大分子吸附、分离及催化等问题，因而在大分子催化转化、吸附与分离、纳米反应器等领域中显示出较传统微孔材料更为广阔的应用前景(Nanoscale，2020，12，11333-11363；Adv.Mater.，2017，29，1701139；Chem.Soc.Rev.，2013，42，3862-3875)。

然而，经传统制备方法所得介孔氧化硅材料孔壁氧化硅聚合程度相对较低，且表面存在大量亲水性的Si-OH物种，致使在经长时间沸水处理，或是经高温水蒸气处理时，往往因介孔孔壁中Si-O-Si发生水解反应而造成介孔结构坍塌(J.Phys.Chem.B，2005，109，8723-8732；Chem.Mater.，2009，21，5413-5425)。因此，较差的水热稳定性严重限制了介孔氧化硅材料在苛刻水热环境下的实际应用。此外，制备介孔氧化硅材料通常使用价格昂贵的有机硅(如正硅酸乙酯或正硅酸甲酯)为硅源，高昂的制备成本严重限制了介孔氧化硅材料的大规模工业制备。

煤矸石是煤炭开采、分选及洗涤过程中排放的固体废物，其持续堆放不仅占用大量土地资源，且可引发各类生态环境问题。考虑到煤矸石中含有大量硅组分(主要以二氧化硅形式存在)，因此如何高效提取煤矸石中的硅物种，并以此为硅源，通过简单、易重复的制备工艺获得高水热稳定的介孔氧化硅材料，具有重要的意义。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矸石基介孔氧化硅材料及其制备方法，以解决上述问题。

为实现以上目的，本发明特采用以下技术方案：

一种煤矸石基介孔氧化硅材料的制备方法，包括：

将煤矸石基硅源、有机羧酸、无水有机醇和表面活性剂按照摩尔配料比为30～200:5～400:250～2000:1.0进行混合、反应，随后将反应溶液进行溶剂热自组装处理，经过离心、洗涤和干燥处理，得到煤矸石基介孔氧化硅材料前驱体；

按照液固质量比10～100:1，将所述煤矸石基介孔氧化硅材料前驱体均匀溶于无机强酸溶液中，然后在密封条件下聚合，再将所述聚合所得产物进行焙烧，得到所述煤矸石基介孔氧化硅材料。

可选的，所述煤矸石基硅源为煤矸石依次经酸洗脱铝处理、活化处理和提取处理后所得到的硅物种溶液。

可选的，所述有机羧酸包括柠檬酸、冰醋酸、草酸和酒石酸中的一种或多种；

所述有机醇包括乙醇、丙醇、异丙醇和丁醇中的一种或多种；

所述无机强酸溶液的pH值为0.5～3.5。

可选的，所述表面活性剂为嵌段共聚物非离子表面活性剂；