[發明專利]單分散球形介孔二氧化硅納米材料及制備方法

有效

• 申請號: 201110156046.9
• 申請日: 2011-06-11
• 公開（公告）號: CN102249248A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 朱桂茹;包孟如;高從堦
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: C01B33/12
• 分類號: C01B33/12;B82Y40/00
• 代理公司: 青島海昊知識產權事務所有限公司 37201
• 代理人: 張中南

技術領域

本發明屬于無機多孔材料技術領域，具體涉及一種單分散球形介孔二氧化硅納米材料及制備方法。

背景技術

無機多孔材料由于具有較大的比表面積和吸附容量，在吸附、分離、催化等領域具有廣泛的應用。根據國際純粹與應用化學協會(IUPAC)的定義，按照孔徑大小，多孔材料可以分為以下三種：微孔材料，其孔徑＜2nm；大孔材料，其孔徑＞50nm；介孔材料，其孔徑大小介于微孔與大孔之間(IUPAC?Manual?ofSymbols?and?Terminology.Pure?Appl.Chem[J]，1972，31：578-680)。材料的性能與材料的顆粒大小和形貌密切相關，而材料的許多光學、電學、磁學等性能只有在材料的顆粒大小和形狀較均勻時才能夠在宏觀上表現出來。因此控制材料顆粒的大小和形貌，特別是制備具有均勻尺寸和規則形貌的單分散材料是當前材料科學中的研究熱點。

目前，人們已經可以采用多種方法在一定規模上制備出球形介孔二氧化硅材料。例如，通過改變模板劑的種類、反應溫度等條件可以調節介孔二氧化硅的孔徑；通過對pH值、反離子、助表面活性劑等因素的控制可以制得不同形貌的介孔二氧化硅材料。Yano?K.等使用TMOS-CTAC-CH₃OH-NaOH體系制得了單分散球形介孔二氧化硅材料，通過控制反應條件可以調節二氧化硅產物的粒徑。這種方法制得的球形顆粒粒徑比較均勻，單分散性較好，但是粒徑普遍偏大，在亞微米級范圍，并且制備周期較長(Yano?K，Fukushima?Y.Synthesis?of?mono-dispersed?mesoporous?silica?spheres?with?highly?ordered?hexagonal?regularity?using?conventional?alkyltrimethy?lammonium?halide?as?a?surfactant[J].Materials?Chemistry，2004，14：1579-1584)。中國公開專利CN1923684報道了一種納米球形介孔二氧化硅材料和制備方法，這種方法制得的二氧化硅平均粒徑較小，但粒徑分布不均勻，單分散性較差。中國公開專利CN101654252報道了一種單分散二氧化硅介孔球形材料的制備方法，這種方法所使用的模板劑為季銨鹽型雙子型表面活性劑，這種表面活性劑在國內研究的起步較晚，成本較高。該方法制得的材料多在亞微米級范圍，并且反應周期長，能耗大。中國公開專利CN101857234報道了一種單分散介孔二氧化硅中空納米微球與制備方法。這種方法采用吐溫為分散劑，減輕了顆粒之間的團聚，但粒徑的均勻性仍然不理想，并且其介孔孔道結構的有序性較差。

發明內容

本發明的目的是提供一種單分散球形介孔二氧化硅納米材料及制備方法，即提供一種能制備單分散性好、介孔孔徑分布窄的球形二氧化硅納米材料的方法。本發明方法工藝簡單、制備周期短、重現性好、產率高、成本低、環境友好。

本方法的單分散球形介孔二氧化硅納米材料，其特征在于納米材料是粒徑為80～200nm的球形，粒徑的相對標準偏差不大于8％，材料的比表面積為1057～1379m²/g，孔容為0.74～0.89cm³/g，介孔孔徑為2.4～2.6nm，具有從球心向外表面輻射排列的孔道結構。

本發明的單分散球形介孔二氧化硅納米材料是采用陽離子表面活性劑為模板，以正硅酸四乙酯為硅源，醇為共溶劑，在堿性條件下水解縮合制備的。

本發明的具體操作方法包括以下步驟：

1)將陽離子表面活性劑溶于去離子水中，然后向去離子水中加入分別加入醇和堿，在20-100℃下攪拌溶解，得到澄清透明溶液；

2)將正硅酸四乙酯滴加到上述1)的溶液中，恒溫攪拌0.5～2小時，得到含有白色沉淀的混合液；

3)將上述2)的混合液過濾，并用乙醇充分洗滌，在40～100℃真空環境下干燥，得到含模板劑的二氧化硅材料；

4)將3)所得含模板劑的二氧化硅材料在550℃空氣環境下煅燒5小時，得到本發明的單分散球形介孔二氧化硅納米材料。

所述的陽離子表面活性劑與去離子水、醇、堿、正硅酸四乙酯的摩爾比為0.12～0.43∶2140～2378∶0～73∶0.45～0.80∶1～4。

所述的陽離子表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基氯化銨中的任一種或幾種，優選為十六烷基三甲基溴化銨。

所述的堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀或氨水中的一種，優選為氫氧化鈉；