專利名稱：一種由堿金屬的硅酸鹽制備納米二氧化硅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二氧化硅的制備方法，具體涉及一種由堿金屬的硅酸鹽制備納米二氧化硅的方法。
背景技術(shù)：
納米顆粒相當(dāng)于103個分子的集合體，其中處于粒子表面的分子占分子總數(shù)的一半以上。由于納米材料的特殊結(jié)構(gòu)使它產(chǎn)生特殊效應(yīng)如小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)(宏觀量子隧道效應(yīng))、表面效應(yīng)和界面效應(yīng)。二氧化硅不僅是重要的半導(dǎo)體材料，而且作為填料在塑料、橡膠和光電材料上也占有重要地位。二氧化硅粒子的粒度影響材料的性能。隨著新材料的開發(fā)和應(yīng)用，制備納米級的二氧化硅有著很大的應(yīng)用價值。目前二氧化硅的合成路線主要有兩種，一是有機路線，即用硅酸酯加醇在酸性或堿性條件下水解，通過控制水解速度，pH值即反應(yīng)物的配比制備納米級的二氧化硅(中國專利ZL 95102373.X)，這種方法工藝復(fù)雜、合成周期長、原料成本高及顆粒間有有機物分離；另一種無機路線是通過水玻璃與無機酸或其它絮凝劑反應(yīng)得到二氧化硅粉末。CN1183379采用極性有機溶劑與堿金屬的硅酸鹽反相膠束微乳液法合成出粒徑分布為5～100納米的二氧化硅的；CN1145331報道了商品級水玻璃和堿金屬鹽類如氯化鉀為原料，合成納米級的二氧化硅工藝；劉立泉等人采用硅酸鈉與鹽酸反應(yīng)制得40～50納米的沉淀二氧化硅粉體(ELECTRONIC COMPONENTS & MATERIALSVol.19 No.4)；賈宏等人以CO2氣體和水玻璃為原料，采用超重力技術(shù)制備納米級二氧化硅(材料研究學(xué)報，Vol.15 No.1)；秦曉東等人以水玻璃為原料、乙酸乙酯為潛伏酸試劑，采用溶膠凝膠法制備出高比表面積的超細二氧化硅粉體(石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，Vol.25 No.3)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供另一種制備粒度可控、高純度、少團聚、分散性好的納米二氧化硅的方法。
本發(fā)明利用硅酸鹽與無機鹽的沉淀反應(yīng)，經(jīng)一系列后處理過程得到二氧化硅納米粉體。
本發(fā)明的制備方法中無機鹽要求是在水中能夠水解生成H+的物質(zhì)，尤其是銨鹽、鋁鹽。
銨鹽可以是氯化銨、硫酸銨、硝酸銨，特別是氯化銨；鋁鹽可以是氯化鋁、硫酸鋁、硝酸鋁，特別是氯化鋁。
本發(fā)明的具體工藝是以濃度(SiO2含量)為50～160g/L的堿金屬的硅酸鹽為母液，常溫下加入濃度為0.02～0.05mol/L的表面活性劑，均勻攪拌；再連續(xù)滴加濃度為0.2～1mol/L的無機鹽并提高攪拌速度，直到完全出現(xiàn)均勻的白色沉淀物；升溫至70～80℃，在攪拌下恒溫5～8小時；將合成的產(chǎn)品再經(jīng)洗滌、過濾、干燥等后處理便得到二氧化硅粉體。
本發(fā)明中使用的表面活性劑要求水溶性良好，可以是離子型、非離子型的表面活性劑，離子表面活性劑的代表為十二烷基苯磺酸鈉，非離子表面活性劑的代表為聚丙烯酰胺。
本發(fā)明中連續(xù)加入的無機鹽發(fā)生電離和水解，均勻釋放出H+與堿金屬的硅酸鹽反應(yīng)生成分布均勻的納米級的二氧化硅顆粒；隨著無機鹽的加入，溶液中存在的正電荷(尤其是H+)與納米二氧化硅粒子所形成的SiO2-O-負電荷形成雙電層，雙電層間庫侖排斥作用還會使粒子之間的團聚引力大大降低，制得的納米二氧化硅粒子分散度高；同時通過調(diào)節(jié)堿金屬硅酸鹽與無機鹽的比例可制備不同粒徑范圍的納米二氧化硅。
本發(fā)明的合成工藝路線簡單，生成的納米二氧化硅純度高(基本上無雜質(zhì))、顆粒分布均勻、分散性好。在同一步反應(yīng)過程中實現(xiàn)了納米微粒的合成與分散。
具體實施例方式
實施例1將500ml濃度為80g/L的硅酸鈉溶液放入反應(yīng)釜中作母液，然后加入4ml 0.02mol/L的十二烷基苯磺酸鈉并攪拌，再用恒流泵均勻地加入濃度為0.5mol/L的NH4Cl溶液約200ml，在滴加NH4Cl的同時提高攪拌速度。待反應(yīng)釜中乳白色沉淀完全出現(xiàn)，然后升高溫度到70℃，同時降低攪拌速度。在70℃下恒溫老化6小時后將所得產(chǎn)物用蒸餾水反復(fù)多次洗滌、過濾。再在120℃下烘燒8小時，便得到所期望的納米二氧化硅。經(jīng)透射電子顯微鏡分析所得納米二氧化硅為20nm。
對比例1
將500ml濃度為80g/L的硅酸鈉溶液放入反應(yīng)釜中作母液，然后加入4ml 0.02mol/L的十二烷基苯磺酸鈉并攪拌，再用恒流泵均勻地加入濃度為0.5mol/L的NaCl溶液約200ml，在滴加NaCl的同時提高攪拌速度，反應(yīng)釜中基本無沉淀出現(xiàn)。
實施例2在實施例1其它條件不變的情況下，調(diào)節(jié)母液硅酸鈉溶液的濃度為120g/L，所得樣品經(jīng)透射電子顯微鏡分析為85nm的二氧化硅粒子。
實施例3在實施例1其它條件不變的情況下，母液用100g/L的Li2SiO3，所得樣品經(jīng)透射電子顯微鏡分析為40nm的二氧化硅粒子。
實施例4在實施1其他條件不變的情況下，用恒流泵均勻的滴加濃度為0.3mol/L AlCl3溶液，所得樣品經(jīng)透射電子顯微鏡分析為65nm的二氧化硅粒子。
實施例5在實施例1其他條件不變的情況下，加入6ml 0.2mol/L的聚丙烯酰胺。所得樣品經(jīng)透射電子顯微鏡分析為25nm的二氧化硅粒子。
權(quán)利要求
1.一種由堿金屬的硅酸鹽制備納米二氧化硅的方法，以堿金屬的硅酸鹽為原料，在表面活性劑存在下加入無機鹽得到，其特征在于無機鹽為在水中能水解生成H+的鹽類。
2.一種由堿金屬的硅酸鹽制備納米二氧化硅的方法，其特征在于以濃度(SiO2含量)為50～160g/L的堿金屬的硅酸鹽為母液，常溫下加入濃度為0.02～0.05mol/L的表面活性劑，均勻攪拌；再連續(xù)滴加濃度為0.2～1mol/L的無機鹽并提高攪拌速度，直到完全出現(xiàn)均勻的白色沉淀物；升溫至70～80℃，在攪拌下恒溫5～8小時；將合成的產(chǎn)品再經(jīng)洗滌、過濾、干燥等后處理便得到二氧化硅粉體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于無機鹽是銨鹽。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于無機鹽是鋁鹽。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于無機鹽是氯化銨。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于無機鹽是氯化鋁。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6所述之一的制備方法，其特征在于表面活性劑是水溶性良好的表面活性劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于表面活性劑是十二烷基苯磺酸鈉。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于表面活性劑是聚丙烯酰胺。
全文摘要
一種粒度可控，高分散的納米二氧化硅的制備方法，以堿金屬的硅酸鹽與能夠水解生成H
文檔編號C01B33/00GK1524785SQ0310473
公開日2004年9月1日 申請日期2003年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月28日
發(fā)明者拜永孝, 姚培洪, 朱博超, 楊斌, 朱雅杰, 魏紅, 徐曉敏, 賈軍紀(jì), 王德平, 張長軍 申請人:中國石油天然氣股份有限公司