[发明专利]多孔二氧化硅水凝胶的制备方法

说明书

本发明提供一种多孔二氧化硅水凝胶的制备方法，其包括以下步骤：取3ml正硅酸四乙酯溶于35ml无水乙醇中，超声处理10min使二者充分混合，作为硅源前驱体反应液备用；称取0.4g十二胺，放入反应容器内，并依次加入20ml无水乙醇和35ml去离子水；1000rpm机械搅拌约2min，之后快速倒入所述硅源前驱体反应液,1min后将转速调到300rpm，温度45‑70℃下反应0.5‑3h；加入2ml氨水，接续反应0.2‑4h；产物以4000rpm转速用乙醇和水交替离心5min，60℃下在干燥箱中烘10h。本发明制备的多孔的二氧化硅水凝胶，具有孔径小、成本低和制备条件绿色简便的特点，极大的提高了多孔二氧化硅水凝胶制备的产量和效率。

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，具体涉及多孔二氧化硅水凝胶的制备方法。

背景技术

二氧化硅(SiO2)水凝胶是一种纯二氧化硅和水的基质自由流动的细质地白色粉末。高度活性的二氧化硅胶体颗粒相互作用，在基质中与水固定形成紧密的固体结构，水凝胶在适当的pH值下老化，在硅颗粒内形成相互连接的空隙或孔洞使其具有优异的过滤性能和透气性，并且二氧化硅水凝胶的高含水率提高了吸附剂的净化性能，SiO2水凝胶在诸多领域应用广泛。其中多孔二氧化硅水凝胶相较于二氧化硅具有明显的优势，例如在材料领域，多孔二氧化硅具有更高的孔隙率和含水量，提高了材料的透气性和湿度。所以大量制备多孔二氧化硅水凝胶对于相关领域具有重要的意义。

现有技术中，二氧化硅水凝胶主要采用的是溶胶-凝胶法，首先硅源在溶剂和水中,在催化剂的作用下发生水解,生成微小的固体球粒,由于固体球粒粒径小,表面能高,从而自发地凝聚,从而形成凝胶。在湿凝胶初步形成之后,里面含有可以继续水解的基团,此时的凝胶并不十分稳固,随着时间的延长,这些基团继续反应,使凝胶颗粒之间的连接更为紧密,交联程度更高,机械性能更好。SiO2 水凝胶作为一种新型轻质多孔纳米材料,具有许多特殊的物理和化学性质,在许多领域有着广泛的应用前景。但其也存在制备成本高、周期长、凝胶中存在大量微孔容易塌缩等缺点。国内外很多研究者对溶胶-凝胶法进行了改进或者改用其他方法制备出了多孔二氧化硅。例如1962年,法国Teichner等以正硅酸甲酯(TMOS)为硅源前驱体,以甲醇作为反应溶剂,采用一步催化和超临界干燥的方法制备出了SiO2气凝胶,进一步简化了气凝胶的制备过程。1985年,美国 Berkely等首次选用毒性远小于TMOS的正硅酸乙酯(TEOS)作为制备前驱体, 并以CO2取代乙醇作为干燥介质,使用超临界干燥的方法制备出了具备同等质量的SiO2气凝胶。然而，这些方法都存在着一定的限制，例如操作繁琐，反应时间长，难以大量制备等问题，使得制备成本很高，难以规模化生产。

因此，如何解决现有技术制备多孔二氧化硅成本高，制备工艺复杂，能耗高，产量低等问题，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种廉价的多孔二氧化硅水凝胶的制备方法，解决现有技术中的制备多孔二氧化硅水凝胶成本高，制备工艺复杂，能耗高，产量低等问题。正硅酸四乙酯作为硅源先在一定温度下与有机胺催化剂反应。通过温度控制，使得溶解有机胺的溶剂蒸发速率加快，所以有机胺与反应物接触概率降低，抑制了正硅酸四乙酯的水解。在机械搅拌下，生成了网状的二氧化硅。反应一定时间后，移除水浴加热，加入催化性能更强的氨水，室温下继续反应。溶液中残存正硅酸四乙酯迅速水解，在二氧化硅纳米网上继续生长，形成多孔二氧化颗粒。将产物离心洗涤并干燥后形成多孔二氧化硅水凝胶。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种多孔二氧化硅水凝胶的制备方法，其包括以下步骤：

步骤1：取3ml正硅酸四乙酯溶于35ml无水乙醇中，超声处理10min 使二者充分混合，作为硅源前驱体反应液备用；

步骤2：取十二胺，放入反应容器内，正硅酸四烷基酯与十二胺的投料比例为以摩尔比计为13:0.5～3，及TEOS:十二胺为3ml：0.1g～0.6g，并依次加入乙醇和水；