一種製備多孔玻璃的方法
2023-09-17 12:29:25
專利名稱：一種製備多孔玻璃的方法
技術領域：
本發明涉及一種製備多孔玻璃的方法。
背景技術：
多孔玻璃具有高機械強度、孔徑分布窄、表面具有游離矽羥基易於修飾衍生等優點，而被廣泛應用於酶的固定化、色譜填料、催化劑載體和化工分離等眾多領域。
傳統製備多孔玻璃的方法是高溫熔煉一定配比的Na2O-B2O3-SiO2系玻璃，使之發生微觀相分離，生成可溶於酸的Na2O-B2O3相及不溶於酸的高矽相。使用酸處理溶解Na2O-B2O3相，得到多孔玻璃。這一方法存在過程複雜、成本高、能量消耗大、酸鹼用量大等缺點，限制了多孔玻璃的應用前景。因此，迫切需要發展過程簡便、汙染小的製備多孔玻璃的方法。
發明內容
本發明的目的是提供一種製備多孔玻璃的方法。
本發明所提供的製備多孔玻璃的方法，是在溫度為150℃-350℃，壓強為大於反應溫度下水的飽和蒸汽壓(150℃-350℃反應溫度下水的飽和蒸汽壓的範圍為476.24kPa-16538.5kPa)，小於等於20MPa的環境下，將矽酸鹽玻璃與水接觸反應0.5-3小時，得到多孔玻璃。
所述矽酸鹽玻璃與水用量以水浸沒矽酸鹽玻璃為宜。
本發明的方法可用各種矽酸鹽玻璃材料作為原料，如鈉矽酸鹽玻璃。
本發明的原理如下亞臨界水(溫度範圍為100-374℃，壓強範圍為相應溫度下水的飽和蒸汽壓-22.07MPa)具有高滲透性、高溶解能力，用其處理矽酸鹽玻璃材料，通過與玻璃骨架的相互作用，溶解玻璃中的部分可溶組分，形成多孔玻璃結構，實現了一步法製備核殼型多孔玻璃。
利用本發明的方法所獲得的多孔玻璃材料呈核殼型，表面均勻覆蓋微米級的薄片陣列結構，殼層為孔分布均一的中孔結構，內核為緻密的玻璃材料，使用過程中，材料不發生碎裂。材料機械強度高、比表面積大、熱穩定性和水熱穩定性好，可用作高效液相色譜填料、催化劑的優良載體。
本發明的方法具有過程簡便，無需其他化學試劑和致孔劑，環境汙染小等優點，為多孔玻璃材料的製備提供了新的方法。
具體實施例方式
實施例1、多孔玻璃的製備將2.5g Na2O-CaO-SiO2系統矽酸鹽玻璃微球(鈉鈣玻璃微珠，河北永清縣馳野玻璃微珠有限公司)置於反應釜內，以0.8ml/min的流速向反應釜內連續通入去離子水，保持反應釜內壓力為16MPa。逐漸提高反應釜溫度至300℃，在該溫度壓力下保持1h後，停止加熱和去離子水的流動，待反應釜冷卻至室溫後取出玻璃材料。得到核殼型多孔玻璃，其表面具有均勻的1-2μm厚的薄片陣列結構；薄片陣列結構裡層為殼層，該殼層具有均一的直徑為4nm的中孔；中心為內核，內核為緻密的玻璃材料。
經氮氣吸附脫附方法檢測，使用BET方程計算材料比表面積，表明該多孔玻璃的比表面積為37.55m2/g(比表面積＝多孔玻璃的總表面積/多孔玻璃的總質量；多孔玻璃的總質量中包含多孔玻璃中心內核的質量)；經550℃下焙燒上述製備的多孔玻璃12h，多孔玻璃微球結構不發生明顯變化，在沸水中回流72h，多孔玻璃微球結構不發生明顯變化，表明本發明的多孔玻璃的熱穩定性和水熱穩定性好。
實施例2、多孔玻璃的製備將2.5g Na2O-CaO-SiO2系統矽酸鹽玻璃微球(鈉鈣玻璃微珠，河北永清縣馳野玻璃微珠有限公司)置於反應釜內，以0.8ml/min的流速向反應釜內連續通入去離子水，保持反應釜內壓力為10MPa。逐漸提高反應釜溫度至250℃，在該溫度壓力下保持1h後，停止加熱和去離子水的流動，待反應釜冷卻至室溫後取出玻璃材料。得到核殼型多孔玻璃，其表面具有均勻的1-2μm厚的薄片陣列結構；薄片陣列結構裡層為殼層，該殼層具有均一的直徑為4nm的中孔；中心為內核，內核為緻密的玻璃材料。
經氮氣吸附脫附方法檢測，使用BET方程計算材料比表面積，表明該多孔玻璃的比表面積為14.02m2/g(比表面積＝多孔玻璃的總表面積/多孔玻璃的總質量；多孔玻璃的總質量中包含多孔玻璃中心內核的質量)；經550℃下焙燒12h，多孔玻璃微球結構不發生明顯變化，在沸水中回流72h，多孔玻璃微球結構不發生明顯變化，表明本發明的多孔玻璃的熱穩定性和水熱穩定性好。
實施例3、多孔玻璃的製備將2.5g Na2O-CaO-SiO2系統矽酸鹽玻璃微球(鈉鈣玻璃微珠，河北永清縣馳野玻璃微珠有限公司)置於反應釜內，以5ml/min的流速向反應釜內通入去離子水，使反應釜壓力達到10MPa，停止水的流動(此處相當於水的流速為0)，保持反應釜內壓力為10MPa。逐漸提高反應釜溫度至150℃，在該溫度壓力下保持0.5h後，停止加熱，待反應釜冷卻至室溫後取出玻璃材料。得到核殼型多孔玻璃，其表面具有均勻的1-2μm厚的薄片陣列結構；薄片陣列結構裡層為殼層，該殼層具有均一的直徑為4nm的中孔；中心為內核，內核為緻密的玻璃材料。
經氮氣吸附脫附方法檢測，使用BET方程計算材料比表面積，表明該多孔玻璃的比表面積為2.03m2/g(比表面積＝多孔玻璃的總表面積/多孔玻璃的總質量；多孔玻璃的總質量中包含多孔玻璃中心內核的質量)；經550℃下焙燒12h，多孔玻璃微球不發生明顯變化，在沸水中回流72h，多孔玻璃微球不發生明顯變化，表明本發明的多孔玻璃的熱穩定性和水熱穩定性好。
實施例4、多孔玻璃的製備將2.5g Na2O-CaO-SiO2系統矽酸鹽玻璃微球(鈉鈣玻璃微珠，河北永清縣馳野玻璃微珠有限公司)置於反應釜內，以0.5倍反應釜體積/min的流速向反應釜內連續通入去離子水，保持反應釜內壓力為20MPa。逐漸提高反應釜溫度至350℃，在該溫度壓力下保持3h後，停止加熱和去離子水的流動，待反應釜冷卻至室溫後取出玻璃材料。得到核殼型多孔玻璃，其表面具有均勻的1-2μm厚的薄片陣列結構；薄片陣列結構裡層為殼層，該殼層具有均一的直徑為4nm的中孔；中心為內核，內核為緻密的玻璃材料。
經氮氣吸附脫附方法檢測，使用BET方程計算材料比表面積，表明該多孔玻璃的比表面積為54.17m2/g(比表面積＝多孔玻璃的總表面積/多孔玻璃的總質量；多孔玻璃的總質量中包含多孔玻璃中心內核的質量)；經550℃下焙燒12h，多孔玻璃微球不發生明顯變化，在沸水中回流72h，多孔玻璃微球不發生明顯變化，表明本發明的多孔玻璃的熱穩定性和水熱穩定性好。
權利要求
1.一種製備多孔玻璃的方法，是在溫度為150℃-350℃，壓強為大於反應溫度下水的飽和蒸汽壓，小於等於20MPa的環境下，將矽酸鹽玻璃與水接觸反應0.5-3小時，得到多孔玻璃。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述矽酸鹽玻璃為鈉矽酸鹽玻璃。
3.由權利要求1或2所述的方法製備的多孔玻璃。
4.權利要求3所述的多孔玻璃在作為液相色譜填料中的應用。
5.權利要求3所述的多孔玻璃在作為催化劑的載體中的應用。
全文摘要
本發明公開了一種製備多孔玻璃的方法。該方法，是在溫度為150℃－350℃，壓強為大於反應溫度下水的飽和蒸汽壓，小於等於20MPa的環境下，將矽酸鹽玻璃與水接觸反應0.5－3小時，得到多孔玻璃。利用本發明的方法所獲得的多孔玻璃材料呈核殼型，表面均勻覆蓋微米級的薄片陣列結構，殼層為孔分布均一的中孔結構，內核為緻密的玻璃材料。材料機械強度高、比表面積大、熱穩定性和水熱穩定性好，可用作高效液相色譜填料、催化劑的優良載體。本發明的方法具有過程簡便，無需其他化學試劑和致孔劑，環境汙染小等優點，為多孔玻璃材料的製備提供了新的思路。
文檔編號B01J20/281GK1944306SQ20061011403
公開日2007年4月11日 申請日期2006年10月25日 優先權日2006年10月25日
發明者孫怡文, 駱廣生, 王玉軍, 楊立明 申請人:清華大學