[发明专利]一种空心二氧化硅球的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种空心二氧化硅球的制备方法，属无机非金属复合材料制取方法的技术领域。

背景技术

二氧化硅是一种性能优良、用途广泛的无机化合物，俗称白炭黑，是一种无毒、无味、无污染的轻质非晶固体材料，具有比表面积大、密度小、分散性好等优点，有优良的耐热性、耐磨性和可焊性，常用于橡胶、塑料、粘合剂、光纤材料、涂料、催化剂、香料、消毒剂等，二氧化硅在水中的稳定性及透光性使其成为一种优良的包覆材料。

二氧化硅的微结构呈絮状和网状的准颗粒结构，为球形，随着技术的发展，也出现了空心球形结构，空心结构的二氧化硅具有光、电、磁、催化等优点，使其具有多功能化，核-壳结构材料一般为球状，当核被除去后可得到空心球壳结构，中空球壳结构的材料具有低密度、高比表面积、高稳定性、高表面渗透性等特点，其空心部分还可容纳大量的客体分子，其独特的优越性能，常被用作催化剂载体、形状选择吸收剂，轻质填料、药物、颜料、化妆品等的可控运输和释放体系。

核-壳结构和空心球状材料的制备方法有多种，常用的如模板法，是在球状模板核的外表面包覆一层目标材料层，然后通过热解法或化学溶解法除去模板，得到空心球壳材料，常用的球状模板有聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等，碳微球的特殊结构赋予了它优异的性能和广阔的应用空间，目前主要应用于锂离子电池、活性炭、吸附材料、复合材料等，目前还没有用碳微球做核模板制备空心球的报导。

在空心球状材料的制备中，还存在很多不足，有的核载体材料较昂贵，有的不易除去，有的工艺过程较复杂，有污染，还有待进一步研究和探讨。

发明内容

发明目的

本发明的目的就是针对背景技术的现状和不足，选用新的核-壳材料，用碳微球做制备载体-核，用二氧化硅做包覆材料-壳，采用模板法，用乙炔做碳微球核的提取材料，用正硅酸乙酯做碳微球包覆材料的前驱体，通过高温制核、焙烧除核等工艺，制得空心二氧化硅球，使碳微球作核制备空心二氧化硅球成为可能。

技术方案

本发明使用的化学物质材料为：正硅酸乙酯、无水乙醇、十六烷基三甲基溴化铵、氨水、去离子水、乙炔、氩气，其组合配比如下：以克、毫升、厘米3为计量单位

正硅酸乙酯：Si(OC₂H₅)₄ 3ml±0.01ml

无水乙醇：C₂H₅OH 300ml±5ml

十六烷基三甲基溴化铵：C₁₆H₃₃(CH₃)₃NBr 0.086g±0.001g

氨水：NH₃1.4ml±0.01ml

去离子水：H₂O 3000ml±50ml

乙炔：C₂H₂ 2000cm³±20cm³

氩气：Ar 100000cm³±100cm³

制备方法如下：

(1)精选化学物质原料

对制备所需的化学物质原料要进行精选，并进行纯度控制：

正硅酸乙酯：液态分析纯99.95％

无水乙醇：液态分析纯99.7％

十六烷基三甲基溴化铵：固态分析纯99.0％

氨水：液态分析纯99.99％

去离子水：液态99.99％

乙炔：气态99.99％

氩气：气态99.99％

(2)制备碳微球

①在石英管式高温电阻炉中进行；

高温电阻炉：长度600mm、内径38mm、220V、2kW；

石英管：长度1000mm、外径34mm、内径30mm

②清洗、清洁石英管

用吸尘器抽吸石英管内粉尘及有害物质；

用去离子水2000ml灌洗、刷洗石英管内、外壁，使其洁净，并晾干；

③将石英管置于高温电阻炉中间位置

安装石英管及两端密封圈、进口塞、出口塞、出气管；

在石英管的进口塞、密封圈左上部安装乙炔管及乙炔阀、乙炔瓶；在石英管的进口塞、密封圈左下部安装氩气管及氩气阀、氩气瓶；

④常压下置换石英管内空气

石英管内气压为常压101.3kPa；