本发明涉及硅胶生产技术领域，特别地，涉及一种多孔活性硅胶制备方法。
背景技术：
直接染料大部分是含磺酸基的偶氮染料,可溶于水、分子中含有直线型共扼双键长链,连同芳核在内的整个分子处于一个平面.对纤维具有较强的亲和力(主要是氢键和范德华力)可在弱碱性或中性溶液中直接上染纤维。近年来，被广泛应用于纺织纤维的染色和印花中。
偶氮染料在染料中占80％以上,是一种色谱最全,应用最广,价格低廉的染料,而且是典型的精细化工产品,其废水有机物成分复杂,毒性高，再加上偶氮染料产品品种多,批量小,更新快等特点,偶氮染料废水处理一直是染料废水的处理难点。
现有技术，对偶氮染料废水的处理方法主要有：生物法、光催化法、膜分离法、吸附法等。吸附法作为水处理工艺中重要的物理方法，被广泛应用于印染废水处理。在偶氮染料废水中加入具有吸附作用的颗粒孔状物质，其对偶氮染料废水形成一种过滤作用，能够吸附偶氮染料废水中的一些助剂染料和其他的污染物。吸附法主要应用于预处理和深度处理，预处理在于减少水处理主体装置负荷，回收有机物质；而深度处理则可提高出水质量，满足回用水水质要求。
目前，国内外大多数采用活性炭和树脂作为吸附剂来吸附偶氮染料废水。活性炭吸附性能取决于比表面积的大小，比表面积越大，孔径越小，吸附性能就越好，虽然活性炭能够有效的去除废水中的污染物，但是其吸附活性会随着吸附的进行逐渐降低，重复利用率低，使用成本高，而且对于直接染料的脱色率较差，无法广泛应用。
硅胶是一种典型的多孔吸附材料，具有丰富的孔道结构和较大的比表面积，属于非晶态物质，其分子式为：msio2·nh2o，基本结构质点为si-o四面体，系由si-o四面体相互堆积形成硅胶的骨架。堆积时，质点之间的空间即为硅胶的孔隙。硅胶中h2o为结构水，它以羟基(oh)的形式和硅原子相连而覆盖于硅胶的表面。硅胶因其机械强度高、较好的化学稳定性及热稳定性、表面有着丰富的硅羟基而易于进行表面修饰，因此可以作为液相色谱填料的基质来使用，在分析化学领域有着非常重要的作用。在涂料、催化剂、光学、食品科技等领域有着广泛的应用。
硅胶是常用的吸附材料，在污染物处理方面具有一定的应用价值。然而，目前我国工业化生产的硅胶对有机污染物的吸附性能不理想，限制了硅胶作为吸附剂在污染治理方面的应用。
技术实现要素：
本发明目的在于提供一种多孔活性硅胶制备方法，以解决现有硅胶对于含磺酸基的偶氮染料废水吸附性能差的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种多孔活性硅胶制备方法。
本发明所述的多孔活性硅胶制备方法，具体包括以下步骤：
①将氧化镁、氯化钴和氯化钙分别研磨过200目筛，然后分别用去离子水配制成浓度为1mol/l的溶液备用；
②按重量份数，取3-5份的表面活性剂加入去离子水配制成0.1mol/l的表面活性剂溶液，然后依次与20-30份的无水乙醇，15-20份硅酸钠进行混合、搅拌至混合溶液中无沉淀即可；然后将混合溶液进行水浴加热至温度为40℃，在磁力搅拌下，滴加15-40份0.5mg/l的氯化铵溶液，滴速控制在1ml/min，滴加后将反应体系的温度从40℃升高至50℃，然后加入2-3份1mol/l氧化镁溶液搅拌40min后,将温度从50℃下降至45℃，再依次加入1-4份1mol/l氯化钴溶液、1-3份1mol/l氯化钙溶液，继续搅拌30min,将生成的凝胶用去离子水洗涤直至上层液澄清，真空干燥2-3h，再放入450-550℃马弗炉中煅烧0.5-1h，即得多孔硅胶；
③将步骤制备的多孔硅胶以及β-环糊精、葡萄糖分别研磨过0.15mm标准筛，得β-环糊精粉、葡萄糖粉和多孔硅胶粉备用；
④按重量份数，将20-30份的柚子皮果胶用蒸馏水完全溶解，将柚子皮果胶溶液温度上升并恒定至40-50℃，再加入与柚子皮果胶相同重量的精氨酸，反应5h，控制离心机转速1000r/min,离心3min，将沉淀用蒸馏水冲洗后，再浸泡在温度为2℃的90％乙醇溶液中2h,取出后在30℃环境中干燥至恒重，即得改性果胶；
⑤按重量份数，将5-10份葡萄糖粉、4-7份改性果胶和9-20份β-环糊精粉混合后完全溶解在去离子水中,然后边搅拌边匀速滴加0.01mol/l-1的盐酸溶液，滴加量为果胶重量的1-1.5倍，超声处理5-10min，得到溶液a；将多孔硅胶粉8-10份和0.01mol/l-1的盐酸溶液按重量比1:2比例混合后，超声处理5-10min,得到溶液b；将溶液b倒入溶液a中，迅速搅拌均匀，在30-50℃温度下恒温振荡10h，控制离心机转速2000r/min，离心2min,弃去上清液，将沉淀依次用质量浓度为65％、70％、75％和80％的乙醇溶液各洗涤一次，洗涤后放入50℃环境中干燥2-3h；即得多孔活性硅胶。
进一步，所述的表面活性剂是将十二醇聚氧乙烯醚硫酸铵和十六烷基三甲基溴化铵按照重量比3:1比例混合制备而成。
进一步，所述的多孔硅胶粉与改性果胶的质量比为3:2。
进一步，所述的1mol/l氯化钴溶液和1mol/l氯化钙溶液的重量比为2:1。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明利用采用沉淀法，以硅酸钠和氯化铵为原料制备多孔硅胶，然后将多孔硅胶利用氨基酸修饰后的果胶进行改性得到的多孔活性硅胶与传统硅胶相比，本发明中选择的表面活性剂是以十二醇聚氧乙烯醚硫酸铵(阴离子表面活性剂)和十六烷基三甲基溴化铵(阳离子表面活性剂)复配的表面活性剂，使得本发明凝胶反应体系溶液表面形成的表面活性吸附层分子排列更加紧密而显著的提高了硅酸溶胶表面吸附性能，从而使得多孔硅胶吸附能力强，试验发现，对于直接染料溶液的脱色率达到95％以上，吸附性能良好；另一方面由于阴阳离子复配表面活性剂的存在，使生成的硅酸溶胶分散的更加均匀、粒径更小，吸附的表面积显著增大，从而使得吸附速度加快，将本发明制备的多孔活性硅胶用于直接染料溶液静态吸附实验时，发现第10min时已经完全达到吸附平衡，而传统硅胶吸附达到平衡一般需要至少30min；重复利用率高：试验发现：本发明的多孔活性硅胶重复进行吸附洗脱50次后，对于直接大红的染料溶液的脱色率可达到85％以上。因此，本发明制备的多孔活性硅胶主要应用于含有磺酸基的偶氮染料(直接染料)废水中污染物的吸附以及富集分离。
2、本发明在传统硅胶制备工艺基础上，添加了表面活性剂，通过加入表面活性剂所制备的硅胶粒径小、分散均匀且成球形，而且加入的表面活性剂也会随着硅胶制备过程中的“煅烧”过程而分解逸出，不会造成残留而影响使用的安全性。本发明中选择的表面活性剂是以十二醇聚氧乙烯醚硫酸铵(阴离子表面活性剂)和十六烷基三甲基溴化铵(阳离子表面活性剂)复配的表面活性剂，一方面，在硅酸溶胶形成的反应体系中，该两种表面活性剂同时存在，从而形成了异性离子间更强烈的静电吸引作用和烃基间的憎水相互作用，正是由于强烈的静电吸引作用可以使得生成的硅酸溶胶缔合形成胶团，吸附并包覆在硅酸溶胶颗粒上，从而起到抑制硅酸溶胶晶核的生长、控制硅酸溶胶粒径大小、使生成的硅酸溶胶分散的更加均匀、粒径更小；另一方面，通过阴-阳离子表面活性剂复配，使得凝胶反应体系溶液表面形成的表面活性吸附层分子排列更加紧密而显著的提高了硅酸溶胶表面吸附性能，试验发现，十二醇聚氧乙烯醚硫酸铵(阴离子表面活性剂)和十六烷基三甲基溴化铵(阳离子表面活性剂)复配后使用比单一使用一种表面活性剂，对于直接黑染料溶液的吸附脱色率分别提高了18.53％和16.14％。但是两种表面活性剂复配时，当十二醇聚氧乙烯醚硫酸铵(阴离子表面活性剂)过低时，反应溶液易出现混浊，当十二醇聚氧乙烯醚硫酸铵(阴离子表面活性剂)过高时，反应溶液则会产生大量泡沫，会加剧硅酸溶胶团聚现象，不利于硅酸溶胶的分散，因此，试验发现，当反应溶液中，十二醇聚氧乙烯醚硫酸铵(阴离子表面活性剂)和十六烷基三甲基溴化铵(阳离子表面活性剂)按照重量比3:1比例复配时，使生成的硅酸溶胶分散的更加均匀、粒径更小，吸附性能最强。
3、本发明在制备好多孔硅胶后，进一步的添加果胶对多孔硅胶进行改性处理。果胶含有大量的羧基、羟基等活性基团，研究显示其对阳离子等具有良好的吸附性，但是用传统果胶对多孔硅胶进行改性处理时，用盐酸进行溶解时，果胶分子内的糖苷键会在酸性环境中发生断裂，而且由于果胶分子中含有大量的羟基、羧基等活性基团，因此分子间也容易发生酯化、以及生成氢键等，因此，本发明选用精氨酸对果胶进行修饰，生成了酰胺化果胶，一方面利用氨基酸的分子链较长，当引入果胶中时可以有效的在果胶分子间形成空间位阻，阻碍了果胶分子间氢键的形成，另一方面在酸性溶液中，也能很好的保证其完整性。
4、对多孔硅胶用改性的果胶进行处理，增加了硅酸溶胶表面与偶氮染料中的磺酸基团作用的吸附位点，使得改性后的果胶分子中的大量的羟基、羧基等活性基团可以同时与多个磺酸基团发生分子间作用力，生成氢键，从而提高了含有磺酸基的偶氮染料废水吸附效率，提高了多孔活性硅胶的吸附性能，同时还降低了多孔活性硅胶的用量。但是当改性果胶加入不足时，则会导致每个硅胶颗粒不能充分被涂覆上改性果胶，导致涂覆效果降低，吸附容量降低，当改性果胶加入过量时，使得改性果胶分子间的粘度更低，活化性能降低，则和多孔硅胶反应速度降低，最终导致生成的多孔活性硅胶的吸附性能也大大降低，因此，当多孔硅胶和改性果胶重量比为3:2时，反应体系中的多孔硅胶会迅速全部被改性果胶涂覆，试验发现，多孔硅胶与改性果胶重量比为9:6时，对于直接蓝2b染料溶液脱色效果最好，脱色率达到了99.06％。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将对本发明作进一步详细的说明。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
一种多孔活性硅胶制备方法，具体包括以下步骤：
①将氧化镁、氯化钴和氯化钙分别研磨过200目筛，然后分别用去离子水配制成浓度为1mol/l的溶液备用；
②按重量份数，取3份的表面活性剂加入去离子水配制成0.1mol/l的表面活性剂溶液，然后依次与20份的无水乙醇，15份硅酸钠进行混合、搅拌至混合溶液中无沉淀即可；然后将混合溶液进行水浴加热至温度为40℃，在磁力搅拌下，滴加15份0.5mg/l的氯化铵溶液，滴速控制在1ml/min，滴加后将反应体系的温度从40℃升高至50℃，然后加入2份1mol/l氧化镁溶液搅拌40min后,将温度从50℃下降至45℃，再依次加入1份1mol/l氯化钴溶液、1份1mol/l氯化钙溶液，继续搅拌30min,将生成的凝胶用去离子水洗涤直至上层液澄清，真空干燥2h，再放入450℃马弗炉中煅烧0.5h，即得多孔硅胶；
③将步骤制备的多孔硅胶以及β-环糊精、葡萄糖分别研磨过0.15mm标准筛，得β-环糊精粉、葡萄糖粉和多孔硅胶粉备用；
④按重量份数，将20份的柚子皮果胶用蒸馏水完全溶解，将柚子皮果胶溶液温度上升并恒定至40℃，再加入与柚子皮果胶相同重量的精氨酸，反应5h，控制离心机转速1000r/min,离心3min，将沉淀用蒸馏水冲洗后，再浸泡在温度为2℃的90％乙醇溶液中2h,取出后在30℃环境中干燥至恒重，即得改性果胶；
⑤按重量份数，将5份葡萄糖粉、4份改性果胶和9份β-环糊精粉混合后完全溶解在去离子水中,然后边搅拌边匀速滴加0.01mol/l-1的盐酸溶液，滴加量为果胶重量的1倍，超声处理5min，得到溶液a；将多孔硅胶粉8份和0.01mol/l-1的盐酸溶液按重量比1:2比例混合后，超声处理5min,得到溶液b；将溶液b倒入溶液a中，迅速搅拌均匀，在30℃温度下恒温振荡10h，控制离心机转速2000r/min，离心2min,弃去上清液，将沉淀依次用质量浓度为65％、70％、75％和80％的乙醇溶液各洗涤一次，洗涤后放入50℃环境中干燥2h；即得多孔活性硅胶。
实施例2
一种多孔活性硅胶制备方法，具体包括以下步骤：
①将氧化镁、氯化钴和氯化钙分别研磨过200目筛，然后分别用去离子水配制成浓度为1mol/l的溶液备用；
②按重量份数，取5份的表面活性剂加入去离子水配制成0.1mol/l的表面活性剂溶液，然后依次与30份的无水乙醇，20份硅酸钠进行混合、搅拌至混合溶液中无沉淀即可；然后将混合溶液进行水浴加热至温度为40℃，在磁力搅拌下，滴加40份0.5mg/l的氯化铵溶液，滴速控制在1ml/min，滴加后将反应体系的温度从40℃升高至50℃，然后加入3份1mol/l氧化镁溶液搅拌40min后,将温度从50℃下降至45℃，再依次加入3份1mol/l氯化钴溶液、1份1mol/l氯化钙溶液，继续搅拌30min,将生成的凝胶用去离子水洗涤直至上层液澄清，真空干燥3h，再放入550℃马弗炉中煅烧1h，即得多孔硅胶；
③将步骤制备的多孔硅胶以及β-环糊精、葡萄糖分别研磨过0.15mm标准筛，得β-环糊精粉、葡萄糖粉和多孔硅胶粉备用；
④按重量份数，将30份的柚子皮果胶用蒸馏水完全溶解，将柚子皮果胶溶液温度上升并恒定至50℃，再加入与柚子皮果胶相同重量的精氨酸，反应5h，控制离心机转速1000r/min,离心3min，将沉淀用蒸馏水冲洗后，再浸泡在温度为2℃的90％乙醇溶液中2h,取出后在30℃环境中干燥至恒重，即得改性果胶；
⑤按重量份数，将10份葡萄糖粉、7份改性果胶和20份β-环糊精粉混合后完全溶解在去离子水中,然后边搅拌边匀速滴加0.01mol/l-1的盐酸溶液，滴加量为果胶重量的1.5倍，超声处理10min，得到溶液a；将多孔硅胶粉10份和0.01mol/l-1的盐酸溶液按重量比1:2比例混合后，超声处理5-10min,得到溶液b；将溶液b倒入溶液a中，迅速搅拌均匀，在50℃温度下恒温振荡10h，控制离心机转速2000r/min，离心2min,弃去上清液，将沉淀依次用质量浓度为65％、70％、75％和80％的乙醇溶液各洗涤一次，洗涤后放入50℃环境中干燥3h；即得多孔活性硅胶。
实施例3
一种多孔活性硅胶制备方法，具体包括以下步骤：
①将氧化镁、氯化钴和氯化钙分别研磨过200目筛，然后分别用去离子水配制成浓度为1mol/l的溶液备用；
②按重量份数，取4份的表面活性剂加入去离子水配制成0.1mol/l的表面活性剂溶液，然后依次与25份的无水乙醇，16.5份硅酸钠进行混合、搅拌至混合溶液中无沉淀即可；然后将混合溶液进行水浴加热至温度为40℃，在磁力搅拌下，滴加33份0.5mg/l的氯化铵溶液，滴速控制在1ml/min，滴加后将反应体系的温度从40℃升高至50℃，然后加入2.5份1mol/l氧化镁溶液搅拌40min后,将温度从50℃下降至45℃，再依次加入4份1mol/l氯化钴溶液、2份1mol/l氯化钙溶液，继续搅拌30min,将生成的凝胶用去离子水洗涤直至上层液澄清，真空干燥2-3h，再放入450-550℃马弗炉中煅烧0.8h，即得多孔硅胶；
③将步骤制备的多孔硅胶以及β-环糊精、葡萄糖分别研磨过0.15mm标准筛，得β-环糊精粉、葡萄糖粉和多孔硅胶粉备用；
④按重量份数，将20-30份的柚子皮果胶用蒸馏水完全溶解，将柚子皮果胶溶液温度上升并恒定至40-50℃，再加入与柚子皮果胶相同重量的精氨酸，反应5h，控制离心机转速1000r/min,离心3min，将沉淀用蒸馏水冲洗后，再浸泡在温度为2℃的90％乙醇溶液中2h,取出后在30℃环境中干燥至恒重，即得改性果胶；
⑤按重量份数，将8.5份葡萄糖粉、6份改性果胶和15.5份β-环糊精粉混合后完全溶解在去离子水中,然后边搅拌边匀速滴加0.01mol/l-1的盐酸溶液，滴加量为果胶重量的1.2倍，超声处理8min，得到溶液a；将多孔硅胶粉9份和0.01mol/l-1的盐酸溶液按重量比1:2比例混合后，超声处理8min,得到溶液b；将溶液b倒入溶液a中，迅速搅拌均匀，在45℃温度下恒温振荡10h，控制离心机转速2000r/min，离心2min,弃去上清液，将沉淀依次用质量浓度为65％、70％、75％和80％的乙醇溶液各洗涤一次，洗涤后放入50℃环境中干燥2.5h；即得多孔活性硅胶。
试验例
不同处理的硅胶对于直接大红4be染料溶液的脱色效果
脱色处理方法
1组：取100ml市售的直接大红4be染料溶液,置于250ml锥形瓶中,再加入0.2g本发明实施例3制备的多孔活性硅胶,放入恒温摇床中于30℃下振荡(转速为150r/min)至吸附平衡,自锥形瓶中取样在2000r/min条件下离心20min,再取上层清液在最大波长下用紫外分光光度法测定其吸光度。
2组：取100ml市售的直接大红4be染料溶液,置于250ml锥形瓶中,再加入0.2g未做任何处理的硅胶,放入恒定30℃摇床中振荡(转速为120r/min)至吸附平衡,自锥形瓶中取样在3000r/min条件下离心10min,再取上层清液在最大波长下用紫外分光光度法在665nm波长处测测定其吸光度。
脱色率测定公式
按r＝(1-a2/a1)×100％计算脱色率。其中,a1、a2分别是处理前后溶液的吸光度。
测定结果见表1所示
表1不同硅胶对直接大红染料水溶液的脱色效果
由表1明显可知，两种硅胶都对直接大红4be染料的水溶液具有脱色效果，但是与未做任何处理的硅胶相比，本发明制备的多孔活性硅胶对于直接大红染料的脱色效果更加显著，脱色率达到了99.55％，脱色率提高了32.48％。
试验例2
不同比例的多孔硅胶和改性果胶对于直接蓝2b染料溶液的脱色效果影响见表2
在其他参数相同的情况下，不同比例的多孔硅胶和改性果胶制备的多孔活性硅胶对直接蓝2b染料溶液的脱色处理按试验例1所示的进行。计算方法也同试验例1所示的一致。
表2
由表2可知，不同比例的多孔硅胶和改性果胶混合制备的多孔活性硅胶对于直接蓝2b染料溶液均表现出良好的脱色效果，脱色率均在80％以上，而且当多孔硅胶与改性果胶重量比为9:6时，脱色效果最好，脱色率达到了99.06％。
试验例3
不同种类表面活性剂对于直接黑染料溶液的脱色效果影响见表3
在其他参数相同的情况下，掺杂不同种类的表面活性剂制备的多孔活性硅胶对直接黑染料溶液的脱色处理按试验例1所示的进行。计算方法也同试验例1所示的一致。
表3
由表3明显可知，单用一种表面活性剂时对于直接黑染料溶液的脱色率仅有77.09％和79.48％，当二者按照重量比3:1进行混合时脱色率显著提高至95.62％，脱色效果显著。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。