[发明专利]一种纳米二氧化硅的制备方法

说明书

技术领域

一种纳米二氧化硅的制备方法，属于无机纳米材料的制备技术，具体涉及一种以碱金属的硅酸盐为硅源，制备纳米级二氧化硅的方法。

背景技术

纳米二氧化硅为无定型白色粉末，是一种无毒、无味和无污染的非金属功能材料，可广泛地用作催化剂载体、分离剂、吸附剂与化学生物传感材料等。对这些应用而言，影响纳米二氧化硅性能的关键因素为样品的比表面积、孔容和孔径分布。因此，在纳米二氧化硅的制备过程中如何控制其比表面积和孔结构，已经成为一个重要的课题。

关于二氧化硅的制备技术，中国专利02149782.6公开了“一种高分散纳米二氧化硅的制备方法”，该方法将氧气、氢气和有机卤硅烷按照一定的比例燃烧，卤硅烷和燃烧生成的水在高温下发生水解、缩合反应，得到产品。该方法的缺点是原料价格昂贵，成本较高。中国专利02132723.8公开了“二步法碳酸化反应制备纳米二氧化硅工艺”，该工艺以硅酸钠水溶液和CO₂为原料，在超重力场反应器中进行碳酸化反应，碳酸化反应液随后排入热水析出槽内，即可析出纳米二氧化硅。该工艺对反应条件要求较高，工艺设备繁琐，成本较高。溶胶凝胶法是制备二氧化硅球的常用的方法，其操作较为简单，应用性较好。中国专利95102373.X公开了“一种尺寸可控纳米二氧化硅粉体的制备方法”，该方法采用正硅酸乙酯为原料，通过水解生成二氧化硅凝胶，再经干燥、焙烧得到纳米级超细二氧化硅。但是传统的溶胶凝胶法制备的产品的圆度、单分散性以及粒径分布较差，同时该方法的缺点还在于原料正硅酸乙酯价格昂贵。中国专利201010126295.9公开了“一种简便的制备尺寸可控的单分散的纳米二氧化硅颗粒的方法”，该方法添加多种表面活性剂制备微乳体系，加入正硅酸脂类混合均匀后再加氨水引发聚合，用丙酮破乳使纳米球沉淀出来，洗涤除去表面活性剂得到产品。但是该方法在制备过程中需要使用大量的有机物，回收较困难，成本高并且会对环境造成污染。

为了满足制备一定孔径、孔容、比表面积等孔结构的纳米二氧化硅载体并降低生产成本的需要，能够有效调节纳米二氧化硅的结构参数，需要以廉价的碱金属硅酸盐为原料，适时地，通过选择不同的表面活性剂浓度、老化温度及焙烧温度，制备具有不同比表面积和孔结构的纳米二氧化硅。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种新型二氧化硅的制备工艺，该种工艺通过选择不同的表面活性剂浓度、老化温度及焙烧温度来实现对纳米二氧化硅比表面积和孔结构的控制，以本发明公开的方案制备的纳米二氧化硅粒径均一、孔径分布集中，满足作为二氧化硅载体的需要。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种纳米二氧化硅的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1、在溶解有丙氨酸的蒸馏水中加入正硅酸乙酯，并于50～60℃下搅拌24h，制得SiO₂晶种悬浮液；

2、取二氧化硅晶种悬浮液，加蒸馏水稀释后，再在30～50℃下向稀释液中加入表面活性剂，均匀搅拌使之完全溶解，然后加入硅酸钠剧烈搅拌得均相溶液；

3、在20～30℃下，向均相溶液中逐滴滴加稀硫酸，至体系pH值下降为7，并将所得二氧化硅凝胶在20～60℃下于密闭容器中老化18h后，经洗涤、过滤、干燥得到纳米二氧化硅；

4、将步骤3所得之纳米二氧化硅在550～670℃焙烧3～5h得成品纳米二氧化硅。

所述的步骤1中蒸馏水、正硅酸乙酯和丙氨酸的物质的量之比为n(H₂O)∶n(正硅酸乙酯)∶n(丙氨酸)＝153∶1∶0.04。

所述的步骤2中取适量二氧化硅晶种悬浮液加蒸馏水稀释22倍。

步骤2中所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠、三嵌段聚合物P123和十六烷基三甲基溴化铵中的一种，水、表面活性剂和硅酸钠的物质的量之比为n(H₂O)∶n(表面活性剂)∶n(硅酸钠)＝111∶0.01～0.3∶1。

步骤2中表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵，水、表面活性剂和硅酸钠的物质的量之比为n(H₂O)∶n(表面活性剂)∶n(硅酸钠)＝111∶0.012∶1。

步骤3中所述的老化温度为25℃。

步骤4所述的焙烧温度为650℃。

步骤4中所述之成品纳米二氧化硅比表面积为193～305m³/g，孔径为17～34nm，孔容为1.25～1.68cm³/g，堆积孔以介孔为主。