[发明专利]单分散球形介孔二氧化硅纳米材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机多孔材料技术领域，具体涉及一种单分散球形介孔二氧化硅纳米材料及制备方法。

背景技术

无机多孔材料由于具有较大的比表面积和吸附容量，在吸附、分离、催化等领域具有广泛的应用。根据国际纯粹与应用化学协会(IUPAC)的定义，按照孔径大小，多孔材料可以分为以下三种：微孔材料，其孔径＜2nm；大孔材料，其孔径＞50nm；介孔材料，其孔径大小介于微孔与大孔之间(IUPAC Manual ofSymbols and Terminology.Pure Appl.Chem[J]，1972，31：578-680)。材料的性能与材料的颗粒大小和形貌密切相关，而材料的许多光学、电学、磁学等性能只有在材料的颗粒大小和形状较均匀时才能够在宏观上表现出来。因此控制材料颗粒的大小和形貌，特别是制备具有均匀尺寸和规则形貌的单分散材料是当前材料科学中的研究热点。

目前，人们已经可以采用多种方法在一定规模上制备出球形介孔二氧化硅材料。例如，通过改变模板剂的种类、反应温度等条件可以调节介孔二氧化硅的孔径；通过对pH值、反离子、助表面活性剂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体系制得了单分散球形介孔二氧化硅材料，通过控制反应条件可以调节二氧化硅产物的粒径。这种方法制得的球形颗粒粒径比较均匀，单分散性较好，但是粒径普遍偏大，在亚微米级范围，并且制备周期较长(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)。中国公开专利CN1923684报道了一种纳米球形介孔二氧化硅材料和制备方法，这种方法制得的二氧化硅平均粒径较小，但粒径分布不均匀，单分散性较差。中国公开专利CN101654252报道了一种单分散二氧化硅介孔球形材料的制备方法，这种方法所使用的模板剂为季铵盐型双子型表面活性剂，这种表面活性剂在国内研究的起步较晚，成本较高。该方法制得的材料多在亚微米级范围，并且反应周期长，能耗大。中国公开专利CN101857234报道了一种单分散介孔二氧化硅中空纳米微球与制备方法。这种方法采用吐温为分散剂，减轻了颗粒之间的团聚，但粒径的均匀性仍然不理想，并且其介孔孔道结构的有序性较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种单分散球形介孔二氧化硅纳米材料及制备方法，即提供一种能制备单分散性好、介孔孔径分布窄的球形二氧化硅纳米材料的方法。本发明方法工艺简单、制备周期短、重现性好、产率高、成本低、环境友好。

本方法的单分散球形介孔二氧化硅纳米材料，其特征在于纳米材料是粒径为80～200nm的球形，粒径的相对标准偏差不大于8％，材料的比表面积为1057～1379m²/g，孔容为0.74～0.89cm³/g，介孔孔径为2.4～2.6nm，具有从球心向外表面辐射排列的孔道结构。

本发明的单分散球形介孔二氧化硅纳米材料是采用阳离子表面活性剂为模板，以正硅酸四乙酯为硅源，醇为共溶剂，在碱性条件下水解缩合制备的。

本发明的具体操作方法包括以下步骤：

1)将阳离子表面活性剂溶于去离子水中，然后向去离子水中加入分别加入醇和碱，在20-100℃下搅拌溶解，得到澄清透明溶液；

2)将正硅酸四乙酯滴加到上述1)的溶液中，恒温搅拌0.5～2小时，得到含有白色沉淀的混合液；

3)将上述2)的混合液过滤，并用乙醇充分洗涤，在40～100℃真空环境下干燥，得到含模板剂的二氧化硅材料；

4)将3)所得含模板剂的二氧化硅材料在550℃空气环境下煅烧5小时，得到本发明的单分散球形介孔二氧化硅纳米材料。

所述的阳离子表面活性剂与去离子水、醇、碱、正硅酸四乙酯的摩尔比为0.12～0.43∶2140～2378∶0～73∶0.45～0.80∶1～4。

所述的阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵中的任一种或几种，优选为十六烷基三甲基溴化铵。

所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水中的一种，优选为氢氧化钠；