[發明專利]一種納米二氧化硅的制備方法

有效

• 申請號: 201110255574.X
• 申請日: 2011-08-31
• 公開（公告）號: CN102951648A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 達建文;邢偉;劉愛華;馮偉;劉劍利;陶衛東;許金山;劉增讓
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司
• 主分類號: C01B33/12
• 分類號: C01B33/12;B82Y40/00
• 代理公司: 淄博佳和專利代理事務所 37223
• 代理人: 孫愛華

技術領域

一種納米二氧化硅的制備方法，屬于無機納米材料的制備技術，具體涉及一種以堿金屬的硅酸鹽為硅源，制備納米級二氧化硅的方法。

背景技術

納米二氧化硅為無定型白色粉末，是一種無毒、無味和無污染的非金屬功能材料，可廣泛地用作催化劑載體、分離劑、吸附劑與化學生物傳感材料等。對這些應用而言，影響納米二氧化硅性能的關鍵因素為樣品的比表面積、孔容和孔徑分布。因此，在納米二氧化硅的制備過程中如何控制其比表面積和孔結構，已經成為一個重要的課題。

關于二氧化硅的制備技術，中國專利02149782.6公開了“一種高分散納米二氧化硅的制備方法”，該方法將氧氣、氫氣和有機鹵硅烷按照一定的比例燃燒，鹵硅烷和燃燒生成的水在高溫下發生水解、縮合反應，得到產品。該方法的缺點是原料價格昂貴，成本較高。中國專利02132723.8公開了“二步法碳酸化反應制備納米二氧化硅工藝”，該工藝以硅酸鈉水溶液和CO₂為原料，在超重力場反應器中進行碳酸化反應，碳酸化反應液隨后排入熱水析出槽內，即可析出納米二氧化硅。該工藝對反應條件要求較高，工藝設備繁瑣，成本較高。溶膠凝膠法是制備二氧化硅球的常用的方法，其操作較為簡單，應用性較好。中國專利95102373.X公開了“一種尺寸可控納米二氧化硅粉體的制備方法”，該方法采用正硅酸乙酯為原料，通過水解生成二氧化硅凝膠，再經干燥、焙燒得到納米級超細二氧化硅。但是傳統的溶膠凝膠法制備的產品的圓度、單分散性以及粒徑分布較差，同時該方法的缺點還在于原料正硅酸乙酯價格昂貴。中國專利201010126295.9公開了“一種簡便的制備尺寸可控的單分散的納米二氧化硅顆粒的方法”，該方法添加多種表面活性劑制備微乳體系，加入正硅酸脂類混合均勻后再加氨水引發聚合，用丙酮破乳使納米球沉淀出來，洗滌除去表面活性劑得到產品。但是該方法在制備過程中需要使用大量的有機物，回收較困難，成本高并且會對環境造成污染。

為了滿足制備一定孔徑、孔容、比表面積等孔結構的納米二氧化硅載體并降低生產成本的需要，能夠有效調節納米二氧化硅的結構參數，需要以廉價的堿金屬硅酸鹽為原料，適時地，通過選擇不同的表面活性劑濃度、老化溫度及焙燒溫度，制備具有不同比表面積和孔結構的納米二氧化硅。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種新型二氧化硅的制備工藝，該種工藝通過選擇不同的表面活性劑濃度、老化溫度及焙燒溫度來實現對納米二氧化硅比表面積和孔結構的控制，以本發明公開的方案制備的納米二氧化硅粒徑均一、孔徑分布集中，滿足作為二氧化硅載體的需要。

本發明解決其技術問題所采取的技術方案是：一種納米二氧化硅的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

1、在溶解有丙氨酸的蒸餾水中加入正硅酸乙酯，并于50～60℃下攪拌24h，制得SiO₂晶種懸浮液；

2、取二氧化硅晶種懸浮液，加蒸餾水稀釋后，再在30～50℃下向稀釋液中加入表面活性劑，均勻攪拌使之完全溶解，然后加入硅酸鈉劇烈攪拌得均相溶液；

3、在20～30℃下，向均相溶液中逐滴滴加稀硫酸，至體系pH值下降為7，并將所得二氧化硅凝膠在20～60℃下于密閉容器中老化18h后，經洗滌、過濾、干燥得到納米二氧化硅；

4、將步驟3所得之納米二氧化硅在550～670℃焙燒3～5h得成品納米二氧化硅。

所述的步驟1中蒸餾水、正硅酸乙酯和丙氨酸的物質的量之比為n(H₂O)∶n(正硅酸乙酯)∶n(丙氨酸)＝153∶1∶0.04。

所述的步驟2中取適量二氧化硅晶種懸浮液加蒸餾水稀釋22倍。

步驟2中所述的表面活性劑為十二烷基硫酸鈉、三嵌段聚合物P123和十六烷基三甲基溴化銨中的一種，水、表面活性劑和硅酸鈉的物質的量之比為n(H₂O)∶n(表面活性劑)∶n(硅酸鈉)＝111∶0.01～0.3∶1。

步驟2中表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨，水、表面活性劑和硅酸鈉的物質的量之比為n(H₂O)∶n(表面活性劑)∶n(硅酸鈉)＝111∶0.012∶1。

步驟3中所述的老化溫度為25℃。

步驟4所述的焙燒溫度為650℃。

步驟4中所述之成品納米二氧化硅比表面積為193～305m³/g，孔徑為17～34nm，孔容為1.25～1.68cm³/g，堆積孔以介孔為主。