專利名稱：一種具有高活性的中孔型納米二氧化硅粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二氧化硅粉體的制備技術(shù)，特別提供了一種具有高活性的中孔型納米二氧化硅粉體的制備方法。
納米SiO2粉末的制備方法一般有燃燒法(氣相法或干法)，沉淀法(濕法)，溶膠—凝膠技術(shù)。
1、燃燒法生產(chǎn)納米SiO2的基本原理，就是由無機(jī)硅或有機(jī)硅的氯化物水解法，精制的氫氣、空氣和硅化物蒸汽按一定比例進(jìn)入水解爐進(jìn)行高溫(1000～1200℃)水解，生成二氧化硅氣溶膠，經(jīng)聚集器收集二氧化硅納米級粒子。
2、沉淀法是由可溶性硅酸鹽以酸分解，制得不溶性的SiO2。
3、溶膠—凝膠技術(shù)通常是指將醇鹽溶液經(jīng)水解—縮聚反應(yīng)，使溶質(zhì)聚合成溶膠后再凝膠固化，再進(jìn)行超臨界干燥或高溫煅燒得到納米粒子。
上述方法均存在一些不足之處。用燃燒法工藝復(fù)雜；用沉淀法得到的顆粒粒徑大，結(jié)構(gòu)疏松；用傳統(tǒng)的溶膠—凝膠技術(shù)熱處理溫度高，二氧化硅表面上的Si-OH硅烷醇基團(tuán)被高溫去除，且原始粒子容易團(tuán)聚長大。
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡單，過程易于控制，干燥和熱處理溫度低，成本低，且所得粉體孔隙率為85～93％、表面羥基含量為51～55％、高純度、高活性、粒徑分布在50nm以下的中孔型納米二氧化硅粉體的制備方法。
本發(fā)明提供了一種具有高活性的中孔型納米二氧化硅粉體的制備方法，包括將硅酸酯類水解—縮聚反應(yīng)制備出SiO2溶膠，進(jìn)而生成SiO2凝膠；將SiO2凝膠陳化、干燥；其特征在于將陳化、干燥后的純白色、非晶態(tài)SiO2粉體在150～200℃溫度熱處理，時(shí)間5～8小時(shí)；及將熱處理后的粉體進(jìn)行球磨，時(shí)間8～48小時(shí)。
本發(fā)明方法的特點(diǎn)在于熱處理溫度低，控制在200℃以下，從而保存了二氧化硅表面上的Si-OH硅烷醇基團(tuán)不被破壞；另外，熱處理溫度低，避免了硬團(tuán)聚的產(chǎn)生、一次顆粒長大及高溫雜相的出現(xiàn)；表面羥基含量隨熱處理溫度升高而稍有降低。此外，本發(fā)明方法還增加了一個(gè)球磨過程中，這樣一方面，通過機(jī)械剪切力使軟團(tuán)聚還原為原始粒子；另一方面，隨著團(tuán)聚的打開，粒徑減小，表面原子數(shù)增加，納米SiO2表面存在更多的不飽和殘鍵以及不同鍵合狀態(tài)的羥基，從而具有更高的表面能和更高的表面活性，因而它對周圍環(huán)境十分敏感，如光、溫、氣氛、濕度等，因此可用作各種傳感器，如溫度、氣體、光、濕度等傳感器；粒徑、孔隙率分別隨球磨時(shí)間減小而稍有增大和減小。
本發(fā)明制備的納米SiO2粉體的主要技術(shù)指標(biāo)

用本發(fā)明方法制備納米SiO2粉體的優(yōu)點(diǎn)是1、生產(chǎn)工藝簡單，過程易于控制，成本低，易擴(kuò)大到工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模；2、熱處理溫度低，避免了顆粒長大及高溫雜相的出現(xiàn)；保存了表面羥基不被破壞。
3、粒徑小，分布在5～50nm之間，純度高達(dá)99.9％；4、比表面積為500±502/g，平均孔徑為5.1～5.9nm，孔隙率為85～93％；5、表面羥基含量為51～55％，因此具有很高的催化活性。
本發(fā)明方法制備的中孔型的納米SiO2粉體，可用作選擇性吸附劑、裝載催化劑以及各種傳感器，如溫度、氣體、光、濕度等傳感器，也可用于油墨吸收劑和記錄紙的制作與生產(chǎn)。其表面很多的Si-OH硅烷醇基團(tuán)決定了它可與香料相容用于牙膏組合物的制作。高的孔隙率表明其表面具有很多的介孔，使它的界面比很高，具有很強(qiáng)的界面反射能力，反射紫外能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好，被紫外線照射后不分解，不變色，可應(yīng)用于化妝品中的防曬產(chǎn)品。
實(shí)施例1將正硅酸乙酯、無水乙醇、鹽酸、蒸餾水按16∶20∶2∶21的體積比配制。通過硅酸酯類的水解—縮聚反應(yīng)制備出SiO2凝膠，將濕凝膠置于室溫下陳化1～7天后，將其放入50℃的真空烘箱中烘干12小時(shí)，再將凝膠放入已預(yù)熱到200℃的爐中進(jìn)行熱處理，時(shí)間8小時(shí)，等爐體自然降溫后得到純白色、非晶態(tài)、粒徑為100～12nm的SiO2二次粒子粉體。
實(shí)施例2將正硅酸乙酯、無水乙醇、鹽酸、蒸餾水按16∶20.2∶21的體積比配制。通過硅酸酯類的水解—縮聚反應(yīng)制備出SiO2凝膠，將濕凝膠置于室溫下陳化1～7天后，將其放入50℃的真空烘箱中烘干12小時(shí)，再將凝膠放入已預(yù)熱到200℃的爐中進(jìn)行熱處理，時(shí)間8小時(shí)，等爐體自然降溫后得到純白色、非晶態(tài)SiO2粉體。將以上所得粉體進(jìn)行球磨，時(shí)間48小時(shí)，制得粒徑分布為5～30nm、平均孔徑為5.1～5.9nm、孔隙率為92％、純度為99.9％、表面羥基含量為52％的高活性中孔型納米SiO2粉末。
實(shí)施例3將正硅酸乙酯、無水乙醇、鹽酸、蒸餾水按16∶20.2∶15的體積比配制。通過硅酸酯類的水解—縮聚反應(yīng)制備出SiO2凝膠，將濕凝膠置于室溫下陳化1～7天后，將其放入40℃的真空烘箱中烘干12小時(shí)，再將凝膠放入已預(yù)熱到160℃的爐中進(jìn)行熱處理，時(shí)間8小時(shí)，等爐體自然降溫后得到純白色、非晶態(tài)SiO2粉體。將以上所得粉體進(jìn)行球磨，時(shí)間20小時(shí)，制得粒徑分布為20～50nm、平均孔徑為5.1～5.9nm、孔隙率為88％、純度為99.9％、表面羥基含量為55％的高活性中孔型納米SiO2粉末。
實(shí)施例4將正硅酸乙酯、無水乙醇、鹽酸、蒸餾水按16∶20∶2∶15的體積比配制。通過硅酸酯類的水解—縮聚反應(yīng)制備出SiO2凝膠，將濕凝膠置于室溫下陳化1～7天后，將其放入50℃的真空烘箱中烘干12小時(shí)，再將凝膠放入已預(yù)熱到200℃的爐中進(jìn)行熱處理，時(shí)間8小時(shí)，等爐體自然降溫后得到純白色、非晶態(tài)SiO2粉體。將以上所得粉體進(jìn)行球磨，時(shí)間60小時(shí)，制得納米SiO2粉末與實(shí)施例2基本沒有差別。
權(quán)利要求
1.一種具有高活性的中孔型納米二氧化硅粉體的制備方法，包括將硅酸酯類水解—縮聚反應(yīng)制備出SiO2溶膠，進(jìn)而生成SiO2凝膠；將SiO2凝膠陳化、干燥；其特征在于；將陳化、干燥后的純白色、非晶態(tài)SiO2粉體在150～200℃溫度熱處理，時(shí)間5～8小時(shí)；及；將熱處理后的粉體進(jìn)行球磨，時(shí)間8～48小時(shí)。
全文摘要
一種具有高活性的中孔型納米二氧化硅粉體的制備方法，包括將硅酸酯類水解—縮聚反應(yīng)制備出SiO
文檔編號C01B33/157GK1458064SQ02109648
公開日2003年11月26日 申請日期2002年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月14日
發(fā)明者張瑞靜, 楊柯, 熊天英 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所