專利名稱：一種調(diào)控制備介孔二氧化硅納米棒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種調(diào)控制備介孔二氧化硅納米棒的方法，特別涉及一種通過(guò)調(diào)控加 水量來(lái)制備不同尺寸的二氧化硅納米棒的方法，屬于二氧化硅材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
介孔二氧化硅材料在吸附與分離、催化劑領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。形貌、尺寸對(duì)介 孔二氧化硅材料的應(yīng)用有重要影響，因此形貌、尺寸控制是該類材料研究的熱點(diǎn)之一。目 前，制備介孔二氧化硅棒的方法較少。黨文修等(化學(xué)通報(bào)，2006，6 430-433)采用十六烷 基氯化吡啶為模板劑，甲酰胺為共溶劑，利用正硅酸乙酯(TEOS)在酸性體系中的溶膠-凝 膠反應(yīng)制備長(zhǎng)度約30 50 μ m,直徑約5 μ m的介孔二氧化硅棒。郭斌等(強(qiáng)激光與粒子束， 2008,20(5) 774-778)采用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)為模板劑和聚乙二醇分散劑， TEOS反應(yīng)24小時(shí)得產(chǎn)物溶膠，110°C真空干燥3h后得到有序介孔二氧化硅納米棒。Han等 (Mater Lett, 2003, 57 52-4524)采用CTAB和十六烷基三甲基氯化銨(CTCB)為共模板劑 并控制二者的比例，在80°C下反應(yīng)72小時(shí)，制得彎曲棒狀介孔二氧化硅。李明天等(材料 研究學(xué)報(bào)，2006，20 (2) : 181-185)以CTAB為模板劑，正硅酸乙酯為硅源，平平加Os—25為 助劑，在100°C烘箱烘干反應(yīng)液制得有序介孔二氧化硅納米棒，控制硅源/CTAB比及Os-25/ CTAB比是形貌控制的關(guān)鍵。Cai等在氨水-水-乙醇-CTAB體系中80°C反應(yīng)制得有序介孔 二氧化硅納米棒(Chem. Mater. 2001，13，258-263)。上述有關(guān)介孔二氧化硅的制備方法有的過(guò)程復(fù)雜，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，有的需要采用共 模板劑、特殊模板劑、或共溶劑或分散劑，有的需要加熱的反應(yīng)條件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服上述不足，提供了 一種調(diào)控制備介孔二氧化硅納米棒的方法，本 方法可制備出長(zhǎng)度、直徑及介孔尺寸不同的介孔二氧化硅納米棒。本發(fā)明是通過(guò)以下措施實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明旨在提供一種常溫下反應(yīng)，操作簡(jiǎn)單的制備二氧化硅納米棒的方法，在現(xiàn) 有技術(shù)中披露的制備二氧化硅納米棒的方法中，一般都致力于通過(guò)改變模板劑或加入有機(jī) 溶劑、分散劑或改變這兩者的用量來(lái)達(dá)到目的，而沒有通過(guò)改變水的量來(lái)調(diào)控二氧化硅納 米棒的相關(guān)參數(shù)的報(bào)道。本發(fā)明人在現(xiàn)有制備技術(shù)基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)大量研究及反復(fù)試驗(yàn)，終于 得到了一種溶膠_凝膠法在水_氨水_乙醇_正硅酸乙酯(TEOS)-十六烷基三甲基溴化銨 (CTAB)體系中通過(guò)簡(jiǎn)單改變加水量來(lái)制備不同長(zhǎng)度、直徑、孔徑的介孔二氧化硅納米棒的 方法，本方法過(guò)程簡(jiǎn)潔，反應(yīng)時(shí)間短，原料簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和。具體技術(shù)方案如下一種調(diào)控制備介孔二氧化硅納米棒的方法，以氨水為催化劑，以乙醇為助溶劑，以 十六烷基三甲基溴化銨為造孔劑，以正硅酸乙酯和水為反應(yīng)物，采用溶膠-凝膠法制得介 孔二氧化硅納米棒；其中，氨水乙醇十六烷基三甲基溴化銨正硅酸乙酯水的摩爾比為 10.4 19.9 0.3 1 371-2972。上述方法中，具體操作步驟為(1)將乙醇、水和氨水按配比混合，攪拌得混合溶液；(2)向上述混合溶液中加入十六烷基三甲基溴化銨，攪拌至完全溶解；(3)十六烷基三甲基溴化銨溶解后向溶液中加入正硅酸乙酯，攪拌反應(yīng)；(4)反應(yīng)后將反應(yīng)液過(guò)濾得樣品，樣品再經(jīng)洗滌、干燥、煅燒后得介孔二氧化硅納 米棒。上述方法中，步驟(1)中攪拌時(shí)間為15-30min，步驟(3)中的反應(yīng)時(shí)間為2_3h。上述方法中，步驟(4)中，將樣品用蒸餾水洗滌3-5次，然后在室溫下干燥4-7天， 再將樣品以l°c /min的速度加熱至550°C并煅燒6h，得介孔二氧化硅納米棒。上述方法中，所用氨水的質(zhì)量濃度為25%。有益效果本發(fā)明反應(yīng)條件溫和，只需在常溫下進(jìn)行，不需要加溫或保護(hù)氣體，制備過(guò)程成本 低；本發(fā)明不使用甲酰胺，聚乙二醇等有機(jī)原料，減少了環(huán)境污染；本發(fā)明只需改變水的加入量即可制得不同長(zhǎng)度、直徑的介孔二氧化硅納米棒，制 備過(guò)程簡(jiǎn)單易控，反應(yīng)時(shí)間短；本發(fā)明所制得的產(chǎn)品形貌單一，無(wú)需進(jìn)一步分離。


圖1為實(shí)施例1中制得的介孔二氧化硅納米棒；圖2為實(shí)施例2中制得的介孔二氧化硅納米棒；圖3為實(shí)施例3中制得的介孔二氧化硅納米棒；圖4為實(shí)施例4中制得的介孔二氧化硅納米棒。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步闡述，下述說(shuō)明均是示例性的， 僅為了解釋本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及具體內(nèi)容，并不對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制。實(shí)例1氨水乙醇十六烷基三甲基溴化銨正硅酸乙酯水的摩爾比為 10.4 19.9 0.3 1 371，氨水質(zhì)量濃度為25%。具體步驟為將乙醇、水和氨水按配 比加入燒杯中混合，磁力攪拌15min得混合溶液；然后向燒杯中加入十六烷基三甲基溴化 銨，攪拌30min至完全溶解；十六烷基三甲基溴化銨溶解后向燒杯中加入正硅酸乙酯，攪拌 反應(yīng)2h ；反應(yīng)后將反應(yīng)液過(guò)濾得樣品，樣品用蒸餾水洗滌3-5次，然后在室溫下干燥4天， 再將樣品以1°C /min的速度加熱至550°C并煅燒6h，得到長(zhǎng)度約為500-1200納米，直徑約 為250-350納米，介孔尺寸約為2. 52nm的二氧化硅納米棒，見圖1。實(shí)例2氨水乙醇十六烷基三甲基溴化銨正硅酸乙酯水的摩爾比為 3.4 4.4 0.5 1 619，氨水質(zhì)量濃度為25%。具體步驟為將乙醇、水和氨水按配比加入燒杯中混合，磁力攪拌30min得混合溶液；然后向燒杯中加入十六烷基三甲基溴化 銨，攪拌30min至完全溶解；十六烷基三甲基溴化銨溶解后向燒杯中加入正硅酸乙酯，攪拌 反應(yīng)3h ；反應(yīng)后將反應(yīng)液過(guò)濾得樣品，樣品用蒸餾水洗滌3-5次，然后在室溫下干燥5天， 再將樣品以1°C /min的速度加熱至550°C并煅燒6h，得到長(zhǎng)度約為900納米，直徑約為200 納米，介孔尺寸約為2. 66nm的二氧化硅納米棒，見圖2。實(shí)例3氨水乙醇十六烷基三甲基溴化銨正硅酸乙酯水的摩爾比為 3.4 4.4 0.5 1 1486，氨水質(zhì)量濃度為25%。具體步驟為將乙醇、水和氨水按配 比加入燒杯中混合，磁力攪拌20min得混合溶液；然后向燒杯中加入十六烷基三甲基溴化 銨，攪拌20min至完全溶解；十六烷基三甲基溴化銨溶解后向燒杯中加入正硅酸乙酯，攪拌 反應(yīng)2h ；反應(yīng)后將反應(yīng)液過(guò)濾得樣品，樣品用蒸餾水洗滌3-5次，然后在室溫下干燥7天， 再將樣品以1°C /min的速度加熱至550°C并煅燒6h，得到長(zhǎng)度約為100-250納米，直徑約 60納米，介孔尺寸約為2. 85納米的二氧化硅納米棒，見圖3。實(shí)例 4氨水乙醇十六烷基三甲基溴化銨正硅酸乙酯水的摩爾比為 10.4 19.9 0. 3 1 2972，氨水質(zhì)量濃度為25%。具體步驟為將乙醇、水和氨水 按配比加入燒杯中混合，磁力攪拌20min得混合溶液；然后向燒杯中加入十六烷基三甲基 溴化銨，攪拌15min至完全溶解；十六烷基三甲基溴化銨溶解后向燒杯中加入正硅酸乙酯， 攪拌反應(yīng)3h ；反應(yīng)后將反應(yīng)液過(guò)濾得樣品，樣品用蒸餾水洗滌3-5次，然后在室溫下干燥4 天，再將樣品以1°C /min的速度加熱至550°C并煅燒6h，得到長(zhǎng)度約為30-60納米，直徑為 20-30納米左右，介孔尺寸約為2. 72納米的二氧化硅納米棒，見圖4。實(shí)例5氨水乙醇十六烷基三甲基溴化銨正硅酸乙酯水的摩爾比為 10. 4 19. 9 0. 3 1 1982，氨水質(zhì)量濃度為25%。實(shí)驗(yàn)步驟如實(shí)施例4。所得納米棒長(zhǎng)度約為200納米，直徑約為80納米左右，介孔尺寸約為2. 58納米的 二氧化硅納米棒。實(shí)例6氨水乙醇十六烷基三甲基溴化 銨正硅酸乙酯水的摩爾比為 10. 4 19. 9 0. 3 1 2477，氨水質(zhì)量濃度為25%。實(shí)驗(yàn)步驟如實(shí)施例4。所得納米棒長(zhǎng)度約為120納米，直徑約為60納米左右，介孔尺寸約為2. 66納米的
二氧化硅納米棒。
權(quán)利要求
一種調(diào)控制備介孔二氧化硅納米棒的方法，其特征是以氨水為催化劑，以乙醇為助溶劑，以十六烷基三甲基溴化銨為造孔劑，以正硅酸乙酯和水為反應(yīng)物，采用溶膠-凝膠法制得介孔二氧化硅納米棒；其中，氨水∶乙醇∶十六烷基三甲基溴化銨∶正硅酸乙酯∶水的摩爾比為10.4∶19.9∶0.3∶1∶371-2972。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，具體步驟為(1)將乙醇、水和氨水按配比混合，攪拌得混合溶液；(2)向上述混合溶液中加入十六烷基三甲基溴化銨，攪拌至完全溶解；(3)十六烷基三甲基溴化銨溶解后向溶液中加入正硅酸乙酯，攪拌反應(yīng)；(4)反應(yīng)后將反應(yīng)液過(guò)濾得樣品，樣品再經(jīng)洗滌、干燥、煅燒后得介孔二氧化硅納米棒。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是步驟(1)中攪拌時(shí)間為15-30min，步驟(3) 中的反應(yīng)時(shí)間為2-3h。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是步驟(4)中，將樣品用蒸餾水洗滌3-5次， 然后在室溫下干燥4-7天，再將樣品以1 °C /min的速度加熱至550°C并煅燒6h，得介孔二氧 化硅納米棒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征是所用氨水的質(zhì)量濃度為25%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種調(diào)控制備介孔二氧化硅納米棒的方法，該方法以氨水為催化劑，以乙醇為助溶劑，以十六烷基三甲基溴化銨為造孔劑，以正硅酸乙酯和水為反應(yīng)物，采用溶膠-凝膠法制得介孔二氧化硅納米棒；其中，氨水∶乙醇∶十六烷基三甲基溴化銨∶正硅酸乙酯∶水的摩爾比為10.4∶19.9∶0.3∶1∶371-2972。本發(fā)明反應(yīng)條件溫和，只需在常溫下進(jìn)行，不需要加溫或保護(hù)氣體，制備過(guò)程成本低；本發(fā)明只需改變水的加入量即可制得不同長(zhǎng)度、直徑的介孔二氧化硅納米棒，制備過(guò)程簡(jiǎn)單易控，反應(yīng)時(shí)間短；本發(fā)明所制得的產(chǎn)品形貌單一，無(wú)需進(jìn)一步分離。
文檔編號(hào)C01B33/18GK101857237SQ20101019736
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月11日
發(fā)明者劉世權(quán), 王海霞 申請(qǐng)人:濟(jì)南大學(xué)