油气吸附用氧化硅空心球的合成及其在油气回收方面的应用研究

油气的挥发散逸浪费能源、污染环境、损害健康、造成安全隐患,油气吸附回收技术一直是国内外关注的一个研究课题。本项目拟采用溶胶-凝胶方法，改变合成过程中有机表面活性剂的亲疏水比、无机硅源的组成，反应温度和pH值，以调配有机-有机、有机-无机和无机-无机物种间的相互作用，制备出孔径<10 nm的介孔氧化硅空心球；根据实际油气组成需要，使用不同的有机硅源对介孔氧化硅空心球进行疏水功能化处理；将功能化材料用于油气回收实验，实现其在油气回收方面的应用。探索孔径<10 nm氧化硅空心球的合成规律和条件，以及疏水功能化方法；深入研究影响功能化氧化硅空心球油气吸附的因素，并探索其吸附机理以及再生技术。以期其能克服目前常用的油气回收吸附剂-活性炭的不足，成为活性炭的替代吸附剂。这类功能化介孔氧化硅空心球的油气回收研究在国际和国内研究尚少，该材料可望弥补现有油气回收吸附剂的不足，实现环境、经济和社会的共赢。

本项目以非离子表面活性剂为模板，在酸性体系中，通过改变硅源的组成、体系反应温度、pH值或添加无机盐，以调配有机-有机、有机-无机和无机-无机物种间的相互作用，制备出了具有不同结构（空心球、有序二维六方结构、囊泡或者泡沫等），孔径（10-100 nm可调）和组成（纯氧化硅和有机硅）的二氧化硅材料，探索了不同材料的合成规律和条件，并对其结构和组成进行表征。将不同结构和组成的氧化硅材料进行静态（水、正己烷和油气）和动态（正己烷）吸附实验，并与商品化活性炭和硅胶进行比较，考察了吸水容量和油气吸附容量的影响因素，以及不同材料的解吸条件和吸附性能的稳定性。实验结果表明：纯氧化硅材料的吸水性较高（与活性碳水气吸附容量相当，0.604 g/g），而且表面活性剂的去除方式对其水吸附容量也有影响；不同吸附剂的水吸附容量与其表面羟基密度呈线性关系；经过有机硅修饰后，其水吸附容量大大降低（吸水容量最小达到0.0120 g/g）；挥发性有机物的吸附容量和吸附剂的结构及其组成有密切关系, 最大油气吸附容量可达1.34 g/g，远高于活性炭和硅胶(0.666 g/g和03.445 g/g)，且吸附性能稳定。