[發明專利]一種連續可控制備納米二氧化硅球形顆粒的方法

有效

• 申請號: 201611057475.X
• 申請日: 2016-11-26
• 公開（公告）號: CN108117083B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 蘇宏久;任高遠;王樹東
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C01B33/18
• 分類號: C01B33/18;B82Y40/00
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 鄭虹

本發明提供一種連續可控制備納米二氧化硅球形顆粒的方法，該方法包括：以醇類作分散劑，有機硅和硅酸鹽作為硅源，在堿性催化劑作用下水解得到納米二氧化硅球形顆粒，再經過干燥處理得到固體產品。其制備過程主要包括：將硅源溶液和催化劑等同時通入微通道混合器強化混合，然后再經過高強度加熱至一定溫度，陳化反應一定時間后，直接可得到不同尺度的納米二氧化硅成品顆粒。本發明方法的特點是：可以制備出顆粒尺度10?1000nm，球形度高，均一度PDI范圍為0.02?0.3的高純度二氧化硅顆粒，且本發明方法的效率高、產品顆粒均一、納米尺度可控、產率高、容易放大并且可實現連續性生產。

技術領域

本發明涉及材料制備領域，具體涉及一種連續可控制備納米二氧化硅球形顆粒的方法。

背景技術

單分散SiO2顆粒的合成在材料領域一直備受關注，其單分散顆粒可自組裝成新型多功能材料，能適應在不同領域的特殊應用。精確控制SiO2單分散顆粒的大小對后期裝配和合成新型復合材料有著決定性的影響。近三十年來許多學者致力于發展和改進合成不同尺度的技術，納米二氧化硅材料在工業領域都有著廣泛的應用：催化劑、穩定劑、拋光粉、涂料、藥物載體、吸附分離材料等。其尺寸的大小和均一性是保證各領域應用的關鍵因素。

目前制備二氧化硅納米顆粒的研究有很多，例如國內專利CN103897436B公開了將改性后的二氧化硅、水、乙二醇混合研磨，再混合正硅酸乙酯、乙醚分散研磨，蒸發水后得到納米二氧化硅透明分散體的方法。另外國內專利CN103964450B公開一種方法，通過兩步酸催化反應制備得到了粒徑為3nm～5nm的小粒徑的納米二氧化硅粒子。國內專利CN103466645B發明了一種濕法研磨納米級二氧化硅制備方法，制備過程分成三個研磨階段進行，每階段研磨利用研磨機和循環桶進行循環研磨，發明通過三個階段最終將二氧化硅粉體原料研磨成為納米級二氧化硅。根據國內專利CN103911022A發明的一種用泡花堿、硫酸制得漿料，用霧化器制得母料，用流化粉碎機粉碎母料制得納米二氧化硅的方法。而普遍研究中合成納米二氧化硅單分散顆粒主要是如下幾種工藝：1.stober過程。目前被認為最簡單、最高效合成二氧化硅納米顆粒的方法，但不能實現連續性生產；2.微乳液法。該方法可制備幾十到幾百納米的二氧化硅微球，據相關文獻報道該方法合成的顆粒均一度高于stober過程，但缺點是消耗較多的表面活性劑已生成穩定的膠團，后處理過程比較繁瑣，合成之后有機溶劑的處理比較困難，造成制備成本升高；3.單質硅在水中的水解過程。顯著缺點是單質硅需要用氫氟酸活化，并且其表面易形成氧化膜，阻礙反應進行；4.氣相化學法。硅鹵烷在氫氧焰中高溫水解，生成二氧化硅顆粒。但該方法操作復雜并且成本較高。

在二氧化硅制備的過程中，要得到既定的顆粒大小就必須了解粒子生長的機理。顆粒的形成都要經歷成核和晶核生長兩個過程，其中都有水解單體參與，因此水解單體的濃度應該是控制成核、生長、產率的重要因素。而最著名的LaMer模型指出，當水解單體濃度降低至成核濃度以下時成核反應停止。傳統理論認為要形成最終均一度高的納米粒徑需要保證晶核在同一時間形成，進而才能使后期晶核生長一致。

發明內容

為了克服上述現有技術上的缺點與不足，本發明提供一種連續可控制備納米二氧化硅球形顆粒的簡易方法。所述方法能實現納米二氧化硅材料合成成本低、分布集中、產率高、連續性生產的要求。

本發明一種連續可控制備納米二氧化硅球形顆粒的方法，包括以下步驟：

(1)將硅源和醇類溶劑混合，并充分攪拌，配置成溶液A；再將堿性催化劑、去離子水和醇類溶劑混合，并充分攪拌，配置成溶液B；

(2)將步驟(1)中的A,B混合液同時通入帶有微波加熱的微通道混合器；

(3)混合物料在微通道混合器混合之后，在微波加熱到一定溫度并經過一定時間后，產物通入產品罐中，得到納米球形二氧化硅顆粒懸濁液；

(4)將步驟(3)中得到的懸濁液經過干燥處理后得到納米二氧化硅球形顆粒。