一种微波作用下硅胶疏水改性方法
【专利摘要】本发明是以孔径5～8nm普通细孔硅胶微粒为原料，首先进行硅胶除杂预处理，再用正庚烷、乙醇及三甲基氯硅烷按照一定比例配成硅烷改性剂，然后把预处理后的硅胶浸渍在硅烷改性剂中并辅以微波作用进行硅胶改性，获得半成品疏水硅胶，最后将半成品疏水硅胶用正庚烷清洗以除去残余的硅烷改性剂，再进行过滤，干燥等，直至半成品疏水硅胶重量不再改变，得到具有良好疏水效果和吸附性能的成品疏水硅胶。
【专利说明】
一种微波作用下硅胶疏水改性方法
技术领域
[0001]本发明属于新材料制备领域，具体涉及一种疏水硅胶的制备方法。
【背景技术】
[0002]娃胶是娃氧化合物组成的多聚体，其表面含有约5%的轻基，极易与水分子结合，它吸附的水分可达自身质量的50%，通常作为干燥剂使用，而难于吸附非极性物质，因而常被用于处理含湿量较高的气体，干燥脱水。亲水性是硅胶的一个显著特性，然而硅胶的亲水性往往对其吸附性能产生影响，容易产生吸附竞争影响，使其吸附的有机蒸汽被水分子所置换，并且吸附过量的水分子后，由于膨胀力将破坏硅胶的刚性结构，产生破碎。但硅胶的不易燃性使得其作为VOCs的吸附剂得到了人们的重视。为此开发出具有高吸附量和疏水性好的油气回收专用硅胶，疏水硅胶成为了国内外研究重点。疏水硅胶实际上就是对普通硅胶进行疏水化处理，使得硅胶表面的硅羟基被疏水基团所取代，从固有的极性转变为非极性，或者在制备硅胶过程中加入改性试剂从而得到疏水硅胶。在日本，疏水硅胶被广泛应用于油气回收领域，作为一种新型吸附剂材料，降低了在吸附过程中产生的吸附热，消除了发生自燃的危险性。对硅胶的疏水化改性的方法主要热处理、添加改性剂后再热处理、浸渍有机硅化合物等方法将其中的羟基脱除或者被疏水基团取代改性，从而得到吸附有机物效果更好的吸附剂，其中高温热处理改性后的材料结构易被破坏，且疏水效果不明显。本发明以市售普通吸水细孔硅胶微粒为原料，采用正庚烷与乙醇按一定比例混合均匀，加入一定量的三甲基氯硅烷配成硅烷改性剂，把硅胶颗粒浸渍其中进行改性，再进行微波处理，制备出一种廉价并且疏水效果和吸附性能更优越的疏水硅胶。
[0003]根据本发明技术特点检索了国内外数据库，发现有关以硅胶为原料制备疏水硅胶的报道和专利比较多。例如，王英霞等人利用酒石酸对硅胶进行疏水化改性，随后进行热处理得到了一种疏水硅胶；中国专利CNl 01108731提出一种以表面改性助剂如含烷基、饱和或不饱和羧酸基等化合物一种或几种来改性硅胶的方法；中国专利CN104558543A提出一种通过直接引发单体聚合制备具有生物相容性的高分子聚合物改性硅胶的方法；中国专利CN105170098A提出一种以乙酸酐为酯化剂，对甲基苯磺酸为催化剂，无水乙酸为溶剂，利用微波加热，进行微波-酯化改性硅胶的方法。但尚未见到以普通吸水细孔硅胶微粒为原料，利用三甲基氯硅烷进行改性的同时结合微波处理，制备疏水性更好、吸附性能更优越的疏水硅胶的报道。
【发明内容】
[0004]针对【背景技术】中存在的问题和不足，本发明的目的在于以孔径为5?Snm的普通吸水细孔硅胶(以下均用SG-O表示)微粒为原料，通过对其进行处理及改性，制备一种疏水硅胶。
[0005]本发明的技术方案是以SG-O为原料，首先进行硅胶预处理，再用正庚烷、乙醇及三甲基氯硅烷按照一定比例配成硅烷改性剂，然后把预处理后的硅胶浸渍在硅烷改性剂中并辅以微波作用进行硅胶改性，获得半成品疏水硅胶，最后将半成品疏水硅胶产品化，得到具有良好疏水效果和吸附性能的疏水硅胶。
[0006]本发明采用的技术方案具体包括如下步骤:
[0007]1.硅胶的预处理:将孔径为5?8nm的SG-O微粒放入培养皿并置于真空干燥箱中，在温度为80?10CTC、真空度为0.096?0.098MPa下，真空干燥2?4h。
[0008]2.硅烷改性剂配制:取正庚烷、乙醇及三甲基氯硅烷于三口烧瓶中混合，其中混合比例为每1.0mL三甲基氯硅烷加入1.0?2.0mL乙醇、12?15mL正庚烷。
[0009]3.硅胶改性:取预处理过的硅胶加入硅烷改性剂溶液中进行浸渍，并辅以微波进行改性，其中浸渍时间8?12h，微波功率在500?700W，温度为50?80 °C，微波作用时间为1?30min，获得半成品疏水硅胶。
[0010]4.疏水硅胶产品化制备:将半成品疏水硅胶用正庚烷清洗残余改性硅胶中的硅烷改性剂，再过滤，反复3?5次，以除去硅胶中的硅烷改性剂，再将该过滤后的硅胶放入具有抽真空功能的微波炉干燥，设定温度60?80°C、真空度0.085?0.09MPa下干燥2?3h，以除去吸附于硅胶表面的正庚烷、水蒸气及再次微波功能化处理，使硅胶重量不再变化，即制得具有良好疏水效果及吸附性能的疏水硅胶。
[0011]本发明的优点在于:
[0012](I)本发明利用廉价的普通吸水细孔硅胶为原料，原料来源广泛。
[0013](2)本发明利用三甲基氯硅烷进行改性的方法比较成熟，操作简单，不需要昂贵的仪器、试剂。
[0014](3)本发明利用微波与三甲基氯硅烷共同对硅胶进行改性，该作用不仅可以加热改性温度，还可以对硅胶的孔径分布、比表面积及表面官能团的情况进行改变，尤其两次利用微波加热及其功能化效力，得到具有良好疏水效果和吸附性能的成品疏水硅胶。
【附图说明】
[0015]附图1普通硅胶SG-O、改性硅胶SG-1及改性硅胶SG-2孔径分布；
[0016]附图2 20 °C下普通硅胶SG-O和改性硅胶SG-1、改性硅胶SG-2对正己烷、水蒸气的吸附曲线；
[0017]附图3改性硅胶SG-1和改性硅胶SG-2的循环吸附正己烷、水蒸气的吸附曲线性能图。
具体实施例
[0018]下面通过一些实施例具体说明本专利，但本发明不受实施例限制:
[0019]实施例1:
[0020](I)硅胶预处理:将1g孔径7nm左右SG-O微粒放入培养皿中，并置于真空干燥箱中，在温度100 °C、真空度0.096MPa下干燥4h，得到热除杂预处理后的硅胶。
[0021 ] (2)硅烷改性剂配制:量取75mL正庚烷于三口烧瓶中，随后三口烧瓶中加入5mL的乙醇，混合均匀，再加入5mL的三甲基氯硅烷加入三口烧瓶中，进行配制所需的硅烷改性剂。
[0022](3)硅胶疏水改性:将上述步骤I中预处理过的硅胶加入上述步骤2中配制的硅烷混合溶液常温下进行浸渍10h，获得半成品疏水硅胶。
[0023](4)疏水硅胶产品化制备:将上述的半成品疏水硅胶用正庚烷清洗残余改性硅胶中的硅烷改性剂，再过滤，反复3次以除去硅胶中的硅烷改性剂，再将该过滤后的硅胶放入真空干燥箱中，设定温度70°C、真空度0.09MPa下干燥2h，以除去吸附于硅胶表面的正庚烷、水蒸气，使硅胶重量不再变化，即制得仅通过硅烷改性剂疏水改性后的改性硅胶SG-1。
[0024]实施例2:
[0025](I)硅胶预处理:将1g孔径7nm左右SG-O微粒放入培养皿中，并置于真空干燥箱中，在温度100 °C、真空度0.096MPa下干燥4h，得到热除杂预处理后的硅胶。
[0026](2)硅烷改性剂配制:量取75mL正庚烷于三口烧瓶中，随后三口烧瓶中加入5mL的乙醇，混合均匀，再加入5mL的三甲基氯硅烷加入三口烧瓶中，进行配制所需的硅烷改性剂。
[0027](3)硅胶改性:将上述步骤I中预处理过的硅胶加入上述步骤2中配制的硅烷混合溶液中，常温下浸渍Ih后，放入微波炉中，在微波功率为500W、温度700C下，作用20min，随后在无微波作用下继续浸渍，使浸渍总时间达到10h，获得半成品疏水硅胶。
[0028](4)疏水硅胶产品化制备:将半成品疏水硅胶用正庚烷清洗残余改性硅胶中的硅烷改性剂，再过滤，反复3次以除去硅胶中的硅烷改性剂，再将该过滤后的硅胶放入具有抽真空功能的微波炉干燥，设定温度70 °C、真空度0.09MPa下干燥2h，以除去吸附于硅胶表面的正庚烷、水蒸气及再次微波功能化处理，使硅胶重量不再变化，即制得硅烷改性剂在微波作用下疏水改性的改性硅胶SG-2。
[0029]附图1、附图2、附图3为实施例1、实施例2的实际改性结果表征。从附图1、附图2、附图3可以看出:(I)普通硅胶SG-0、改性硅胶SG-1及改性硅胶SG-2的平均孔径分别为7.13nm、6.6 Inm、5.57nm，且都属于介孔材料，总孔容分别为0.823cm3/g、0.845cm3/g、0.600cm3/g ；比表面积分别为461.68m2/g、511.5 lm2/g、430.99m2/g。( 2)在20 °C 时，SG-O、SG-1 及SG-2对水蒸气吸附8h后，其吸附量分别为0.154g/g、0.089g/g、0.022g/g; SG-0、SG-1及SG-2对正己烷吸附8h后，其吸附量分别为0.369g/g、0.309g/g、0.322g/g;硅胶通过改性后，SG-1、SG-2的疏水性能都得到了提高，其中SG-2改性疏水效果更加明显，较改性前的吸水率降低了600%。
(3)SG-1、SG-2对水蒸气吸附8h后的吸附量分别从初始0.089g/g、0.022g/g上升到重复吸附第七次时的0.111 g / g、0.0 3 7 g / g ; S G -1、S G - 2对正己烷吸附8 h后的吸附量分别从初始
0.309g/g、0.322g/g下降到重复吸附第七次时的0.297g/g、0.302g/g;通过数据分析可以得至IJ:随着SG-USG-2吸附次数的增加，并未出现明显的正己烷吸附量下降或水蒸气吸附量上升现象，这说明改性的硅胶的循环吸附性能较好，可长期进行使用。
[0030]经过以上数据分析对比可知:硅烷改性剂在微波作用下对SG-O进行改性得到的改性硅胶SG-2比仅通过硅烷改性剂改性得到的改性硅胶SG-1平均孔径更小，并且SG-2的疏水性能及正己烷吸附性能比SG-1更高，同时SG-2具有良好的循环吸附性能，这表明硅烷改性剂在微波作用下进行硅胶改性后具有更加明显的效果。
【主权项】
1.一种微波作用下硅胶疏水改性方法，其特征在于:以普通硅胶微粒为原料，首先进行硅胶预处理，再用正庚烷、乙醇及三甲基氯硅烷按照一定比例配成硅烷改性剂，然后把预处理后的硅胶浸渍在硅烷改性剂中并辅以微波作用进行硅胶改性，获得半成品疏水硅胶，最后将半成品疏水硅胶产品化，得到具有良好疏水效果和吸附性能的疏水硅胶。2.如权利要求1所述的一种微波作用下硅胶疏水改性方法，其硅胶预处理特征在于:将孔径为5?8nm普通细孔吸水硅胶微粒放入培养皿并置于真空干燥箱中，在温度为80?100°C、真空度为0.096?0.098MPa下，真空干燥2?4h。3.如权利要求1所述的一种微波作用下硅胶疏水改性方法，其硅烷改性剂的特征在于:取正庚烷、乙醇及三甲基氯硅烷于三口烧瓶中混合，其中混合比例为每1.0mL三甲基氯硅烷加入I.0?2.0mL乙醇、12?15mL正庚烧。4.如权利要求1所述的一种微波作用下硅胶疏水改性方法，其硅胶改性的特征在于:取预处理过的硅胶加入硅烷改性剂溶液中进行浸渍，并辅以微波进行改性，其中浸渍时间8?12h，微波功率在500?700W，温度为50?80°C，微波作用时间为10?30min，获得半成品疏水硅胶。5.如权利要求1所述的一种微波作用下硅胶疏水改性方法，其半成品疏水硅胶产品化的特征在于:将半成品疏水硅胶用正庚烷清洗残余改性硅胶中的硅烷改性剂，再过滤，需反复3?5次，以除去硅胶中的硅烷改性剂，再将该过滤后的硅胶放入具有抽真空功能的微波炉干燥，设定温度60?80°C、真空度0.085?0.09MPa下干燥2?3h，以除去吸附于硅胶表面的正庚烷、水蒸气及再次微波功能化处理，使硅胶重量不再变化，即制得具有良好疏水效果及吸附性能的疏水硅胶。
【文档编号】B01J20/28GK106000290SQ201610546200
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月12日
【发明人】黄维秋, 许继星, 钟璟, 吕爱华, 唐波, 刘鹏, 黄风雨, 王红宁
【申请人】常州大学, 常州烃环保科技有限公司, 常州一烃环保科技有限公司