專利名稱：一種納米二氧化硅的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二氧化硅的制備方法，具體涉及納米二氧化硅的制備方法。
背景技術(shù)：
納米二氧化硅由于具有特殊的結(jié)構(gòu)及特殊的結(jié)構(gòu)效應(yīng)，如小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)、表面效應(yīng)及界面效應(yīng)等，因此它在陶瓷、橡膠、塑料、高分子復(fù)合材料等領(lǐng)域內(nèi)顯示出了它卓越的性能。
目前制備納米二氧化硅的制備方法包括從有機(jī)硅源出發(fā)(如水解硅酸酯)和無機(jī)硅酸鹽出發(fā)兩種工藝，有機(jī)硅源出發(fā)的工藝，存在工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)的最終產(chǎn)品尺寸大，并且粒子間有有機(jī)物分離等缺點(diǎn)(如中國專利ZL95102373)；由無機(jī)硅酸鹽出發(fā)的工藝，其生成物通常純度不高，且納米粒子通常以聚集形式存在，其粒子粒徑分布范圍寬。如US3607777中報道的納米SiO2制備，其生成顆粒不均勻粒徑為聚集的微米級；CN1145331，CN1183379是在表面活性劑存在下使SiO2從硅酸鹽中析出，由于是直接從硅酸鹽生成納米SiO2，最終納米SiO2粒子的粒徑由多種因素決定，其粒徑可控性較差。現(xiàn)有納米SiO2制備方法中另一致命缺點(diǎn)是其產(chǎn)品粒徑分布較寬，這是由于無論從有機(jī)硅源或是無機(jī)硅源出發(fā)的工藝，都無法使得硅酸鹽水解速度保持得非常均勻，從而使得生長中的納米SiO2大小不均。實(shí)際應(yīng)用中過小或過大的SiO2粒子不但沒起到好的作用，還可能帶來負(fù)面影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種納米二氧化硅的制備方法。
本發(fā)明以二氧化硅溶膠為原料，在酸性環(huán)境下與C1～C4低碳醇互溶，沉淀反應(yīng)后，經(jīng)過濾、洗滌、脫水、焙燒等工序即得到納米二氧化硅。
具體制備過程是將質(zhì)量濃度為10～40％(以SiO2計)的二氧化硅溶膠置于反應(yīng)釜中，加入1～10％的C1～C4低碳醇(以二氧化硅溶膠中的SiO2質(zhì)量為基準(zhǔn))，升溫至40～50℃，控制反應(yīng)過程的pH＝7～9.5，在攪拌條件下滴加堿金屬鹽，加入量為2～6％(以二氧化硅溶膠中的SiO2質(zhì)量為基準(zhǔn))，反應(yīng)3～6小時后經(jīng)過濾、蒸餾水洗滌，在100～130℃脫水5～7小時，700～850℃下焙燒8～10小時，得到納米二氧化硅。
本發(fā)明中所指的C1～C4低碳醇推薦使用甲醇、乙醇；堿金屬鹽常采用金屬鹵化物，特別是氯化物。
本發(fā)明中反應(yīng)過程的pH值可以通過加入無機(jī)酸來調(diào)節(jié)，為避免直接加入酸時造成的局部酸度過高、堿度降低過快，最好采用無機(jī)酸和弱堿或弱堿鹽同時加入的方式。無機(jī)酸可以選用鹽酸、硫酸、硝酸，弱堿鹽最優(yōu)選堿金屬的硅酸鹽，特別是硅酸鈉。
從理論上講，由無機(jī)硅酸鹽出發(fā)合成納米SiO2需要有一個粒子增長過程。通常是先生成溶膠，溶膠粒子粒徑也是可以預(yù)知的，但是直接從溶膠過程沉淀出納米SiO2粒子是很困難的，因?yàn)檫@個過程可能出現(xiàn)SiO2凝膠和沉淀的SiO2粒子，且其是穩(wěn)定的微米級SiO2粒子。我們在研究中發(fā)現(xiàn)，SiO2溶膠與低碳醇互溶后，這些醇的羥基與溶膠粒子表面羥基會以氫鍵結(jié)合，使得-Si-OH→Si-O-，若與Na+、K+、Cs+等結(jié)合，使得(M+為堿金屬離子)，依據(jù)SiO2-H2O體系的pH穩(wěn)定曲線，在合適的pH下Si-OM→SiO2納米粒子是可能的。
本發(fā)明提供的制備方法可保證最終納米SiO2具有期望的窄的粒徑分布，粒子無團(tuán)聚，材料具有較好的應(yīng)用性能。
具體實(shí)施例方式
下面實(shí)施例是對本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而并不是對本發(fā)明的限定。
實(shí)施例1將質(zhì)量濃度為10％(SiO2)的商品二氧化硅溶膠(粒徑為15～20nm)1.6升置與5升反應(yīng)器中，加入15毫升95％的乙醇攪拌，水浴溫度控制在45℃，同時加入a)鹽酸，以控制過程中的pH為8.5；b)5％氯化鈉溶液860ml，反應(yīng)4小時。
將反應(yīng)混合液過濾，以蒸餾水洗滌，并在120℃下烘6小時，再在800℃下焙燒8.5小時，得到二氧化硅粉，經(jīng)電鏡分析粒徑分布范圍為15～21nm。
對比例1按照實(shí)施例1的制備方法，不加入乙醇，得到的二氧化硅粉經(jīng)電鏡分析粒徑分布范圍為20～50μm。
實(shí)施例2將質(zhì)量濃度為40％(SiO2)的商品二氧化硅溶膠(粒徑為15～20nm)1.6升置與5升反應(yīng)器中，加入13毫升95％的甲醇攪拌，水浴溫度控制在45℃，同時加入a)硫酸；b)濃度為6％的硅酸鈉，以控制過程中的pH為8.5；c)5％氯化鈉溶液270ml，反應(yīng)4小時。
將反應(yīng)混合液過濾，以蒸餾水洗滌，并在120℃下烘6小時，再在800℃下焙燒8.5小時，得到二氧化硅粉，經(jīng)電鏡分析粒徑分布范圍為21～26nm。
實(shí)施例3以氯化鉀代替氯化鈉，按照實(shí)施例1的制備方法，得到的二氧化硅粉經(jīng)電鏡分析其粒徑分布范圍為15～21nm。
權(quán)利要求
1.一種納米二氧化硅的制備方法，其特征在于以二氧化硅溶膠為原料，在酸性環(huán)境下與C1～C4低碳醇互溶，沉淀反應(yīng)后，經(jīng)過濾、洗滌、脫水、焙燒等工序即得到納米二氧化硅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于先將質(zhì)量濃度為10～40％(以SiO2計)的二氧化硅溶膠置于反應(yīng)釜中，并加入1～10％的C1～C4低碳醇(以二氧化硅溶膠中的SiO2質(zhì)量為基準(zhǔn))，升溫至40～50℃，控制反應(yīng)過程pH＝7～9.5，在攪拌條件下加入堿金屬鹽，加入量為2～6％(以二氧化硅溶膠中的SiO2質(zhì)量為基準(zhǔn))，反應(yīng)3～6小時后過濾、蒸餾水洗滌，在100～130℃脫水5～7小時，再經(jīng)700～850℃下焙燒8～10小時，得到納米二氧化硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于C1～C4低碳醇為甲醇、乙醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于堿金屬鹽為堿金屬鹵化物。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于堿金屬鹽為堿金屬氯化物。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于加入無機(jī)酸控制反應(yīng)的pH值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于加入的無機(jī)酸是鹽酸、硫酸、硝酸。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于加入無機(jī)酸和弱堿鹽控制反應(yīng)的pH值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于加入無機(jī)酸和堿金屬的硅酸鹽控制反應(yīng)的pH值。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于加入無機(jī)酸和硅酸鈉控制反應(yīng)的pH值。
全文摘要
一種納米二氧化硅的制備方法，以SiO
文檔編號C01B33/113GK1524786SQ03105299
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)明者姚培洪, 拜永孝, 朱博超, 朱雅杰, 張立波, 魏紅, 賈軍紀(jì), 徐曉敏, 張長軍 申請人:中國石油天然氣股份有限公司