[发明专利]一种利用煤矸石制备块状气凝胶的方法

说明书

一种利用煤矸石制备块状气凝胶的方法，包括以下步骤：首先将煤矸石粉碎后煅烧活化，酸浸后过滤得到富铝溶液和酸浸残渣；向富铝溶液中滴入氨水调节PH至3‑4，静置后过滤，向滤液中继续滴加氨水调节PH至4‑6获得氢氧化铝悬浮液，将悬浮液在水热条件下生成勃姆石纤维，将勃姆石纤维洗净制成溶胶备用；将酸浸残渣溶于NaOH溶液，滴加盐酸调节PH为2‑4制成二氧化硅溶胶；将勃姆石纤维溶胶和二氧化硅溶胶混合搅拌均匀，滴加氨水得到湿凝胶，再将湿凝胶进行疏水改性、溶剂置换、干燥后获得块状气凝胶。该方法工艺简单，成本低，能充分利用煤矸石中的硅铝元素，所制备得到的块状气凝胶结构完整、孔隙率高、力学性质好、应用前景更广。

技术领域

本发明涉及气凝胶制备技术领域，具体涉及一种利用煤矸石制备块状气凝胶的方法。

背景技术

煤矸石是矿业固体废物的一种，是在掘进、开采和洗煤过程中排出的固体废物。煤矸石中的硫化物逸出或浸出会污染大气、农田和水体。矸石山还会自燃发生火灾，或在雨季崩塌，淤塞河流造成灾害，给环境治理造成巨大的影响。当前煤矸石主要被用于铺路回填、火力发电以及建筑材料等方面，回收利用的附加值较低，煤矸石中富含的硅铝元素并没有得到很好的利用。

气凝胶是一种具有纳米级孔隙结构且以空气为填充介质的新型非晶态多孔材料，具有低密度、低热导、高孔隙率、高比表面积等许多独特物理性质和化学性质。气凝胶作为新型非晶态轻质多孔材料的代表，有很好的保温隔热性能，但是由于制备原材料昂贵、工艺条件要求严格等因素，使得气凝胶很难实现大规模工业化生产，这大大限制了气凝胶材料的使用领域。因此，利用煤矸石中的硅铝元素制作气凝胶，不仅可以变废为宝，还具有极大的附加值。

当前利用煤矸石制作气凝胶的方法是提取煤矸石中的硅铝元素制作为二氧化硅气凝胶或者二氧化硅/氧化铝气凝胶。当前利用煤矸石制作气凝胶的方法主要有以下缺点：(1)利用煤矸石制作的二氧化硅气凝胶并没有充分利用煤矸石中的铝元素，造成了铝元素的浪费；(2)在传统制作二氧化硅/氧化铝气凝胶的过程中，煤矸石的硅铝元素提取液含有杂质离子，常用多次溶剂置换或离子液体进行除杂，除杂过程复杂且成本高昂；(3)当前利用煤矸石制作的气凝胶力学性质差，且成品多位粉末，大大限制了成品的使用范围。

发明内容

本发明目的是提供一种利用煤矸石制备块状气凝胶的方法，该方法工艺简单，成本低，能充分利用煤矸石中的硅铝元素，所制备得到的块状气凝胶结构完整、孔隙率高、力学性质好、应用前景更广。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种利用煤矸石制备块状气凝胶的方法，包括以下步骤：

S1、将煤矸石粉碎、研磨后煅烧得到活化煤矸石粉末；

S2、将活化煤矸石粉末用去离子水浸泡10～20min，然后抽滤并用去离子水洗涤，将所得水浸残渣用酸在90～100℃的温度下浸泡3.5～4h得到酸浸残渣和富铝溶液；

S3、勃姆石纤维溶胶和二氧化硅溶胶的制备；

所述勃姆石纤维溶胶的制备过程为：

S3-1、向步骤S2得到的富铝溶液中滴加氨水，调节富铝溶液的PH为3.5，静置1～2h后过滤，继续向所得滤液中滴加氨水调节滤液的PH为5获得氢氧化铝悬浮液；

S3-2、将步骤S3-1所得氢氧化铝悬浮液倒入水热釜中，再将水热釜置于恒温烘箱中，在180～220℃的温度下水热反应24～26h，冷却后离心得到产品，产品用去离子水洗涤数次后得到勃姆石纤维；

S3-3、将水和无水乙醇按质量比为(1～1.2):1的比例混合得到混合溶液，放入步骤S3-2所得勃姆石纤维，水浴搅拌30～40min获得勃姆石纤维溶胶，所述勃姆石纤维与混合溶液的质量比为1：15.5；

所述二氧化硅溶胶的制备过程为：将步骤S2得到的酸浸残渣与氢氧化钠溶液充分溶解，然后滴加盐酸调节二氧化硅溶胶的PH为2～4，充分搅拌后得到二氧化硅溶胶；