透明微孔二氧化矽微球的製備方法
2023-06-11 01:32:16 5
專利名稱：透明微孔二氧化矽微球的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種透明微孔二氧化矽微球的製備方法，屬於二氧化矽凝膠材料、多孔材料技術領域。
背景技術：
二氧化矽多孔微球可用於吸附劑、色譜分離、催化劑載體、光學諧振腔、顏料、傳感器等領域。把微球做成透明的，有助於了解微球在使用過程中狀況和變化，有利於光學檢測；同時，微球中得納米孔可提高材料工作效率。目前關於透明二氧化矽多孔微球的報導不多。如G.D. Mucky等(Chemistry of materials, 1997，9，14-17)報導了採用微乳液法製備直徑0. 1 2mm，表面積484 1100m2/g,孔容0. 24 0. 61ml/g,孔徑1. 5 2nm的透明二氧化矽多孔微球。採用原料為矽酸丁酯、有機或無機鹼、烷基三甲基胺表面活性劑、水。反應時間為15-30小時。研究指出，合成必須採用水解反應慢的矽酸丁酯，且烷基三甲基胺表面活性劑必不可少，一方面其起到穩定矽酸丁酯及其初步水解產物在水中形成的微乳液，並起到誘導組裝及成孔作用。 孔特性參數主要靠改變表面活性劑直鏈上的碳原子數多少來調節。
發明內容
本發明對現有透明微孔二氧化矽微球的製備方法進行改進，提供了一種新的透明微孔二氧化矽微球的製備方法，該方法原料少、矽源易得、工藝簡單、反應時間短。本發明是通過以下措施實現的
一種透明微孔二氧化矽微球的製備方法，其特徵是以水、辛胺和正矽酸乙酯為原料， 包括以下步驟
(1)將水和辛胺混合，充分攪拌，然後加入正丁酸乙酯進行反應；
(2)反應後過濾反應液，將所得顆粒物洗滌、乾燥；
(3)將乾燥後的顆粒物加熱至550 950°C，保溫6h，自然冷卻後即得透明微孔二氧化矽微球。上述製備方法中，正矽酸乙酯辛胺水的摩爾比為1 0. M 0. 78: 60。上述製備方法中，優選的，水和辛胺混合攪拌30min，加入正丁酸乙酯後反應 5min。在實際操作中，加入正丁酸乙酯後的反應時間可以在5min以上，但是為了節約時間， 將時間優先選為5min，由於本發明的方法，反應5min即可達到很好的效果。上述製備方法中，顆粒物以1°C /min的升溫速率加熱至550°C 950°C。進一步的，在上述製備方法中，步驟(2)中在將顆粒物乾燥前，可以將其先放入水中靜置養護Mh。上述製備方法中，顆粒物採用下述a、b中的任意一種方法進行乾燥
a.在空氣中室溫乾燥4-7天；
b.在60°C下乾燥M小時。
本發明所得透明微孔二氧化矽微球的粒徑為0. 5 1mm，比表面積為144 1748 m2/g，孔容為 0. 0729 0. 8206 ml/g,孔徑為 0. 86 1. 92nm。本發明具有以下優點
1、本發明僅用水、辛胺和正矽酸乙酯即能合成透明微孔二氧化矽微球，不使用鹼和醇， 原料少，另外採用正矽酸乙酯為矽源，矽源易得，價格便宜，降低了生產成本。2、整個反應過程時間短，所得樣品的孔特性參數(表面積、孔容、孔徑)隨煅燒溫度的升高而減小，還可通過改變乾燥形式和煅燒溫度調節孔特性，調控簡單易行。
圖1為所得透明微孔二氧化矽微球的圖片。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發明進行進一步的闡釋，應該明白的是，下述說明僅是為了解釋本發明，並不對其內容進行限制。實施例1
以正矽酸乙酯、辛胺和水為原料製備透明微孔二氧化矽微球，正矽酸乙酯辛胺水的摩爾比為1 0.54: 60，具體實驗步驟如下
(1)向燒杯中加入水和辛胺，攪拌30min ；
(2)加入TEOS(正矽酸乙酯)，攪拌反應5 min ；
(3)過濾，用乙醇清洗，收集顆粒物；
(4)將顆粒物在空氣中乾燥4天；
(5)將乾燥後的粉體以TC/min的升溫速率加熱至550°C，並保溫6小時，樣品在爐子內自然冷卻至室溫後，收集樣品，所得微球尺寸大小0. 5 1毫米，比表面積1748 m2/g，孔容 0. 8206 ml/g,孔徑 1. 92nm。實施例2
以正矽酸乙酯、辛胺和水為原料製備透明微孔二氧化矽微球，正矽酸乙酯辛胺水的摩爾比為1 0.54: 60，具體實驗步驟如下
(1)向燒杯中加入水和辛胺，攪拌30min;
(2)加入TE0S，攪拌反應5min ；
(3)過濾，用乙醇清洗，收集顆粒物；
(4)將顆粒物在空氣中乾燥7天；
(5)將乾燥後的粉體以TC/min的升溫速率加熱至750°C，並保溫6小時，樣品在爐子內自然冷卻至室溫後，收集樣品，微球尺寸大小0. 5 1毫米，比表面積1380 m2/g，孔容 0. 6464 ml/g，孔徑 1. 20nm。實施例3
以正矽酸乙酯、辛胺和水為原料製備透明微孔二氧化矽微球，正矽酸乙酯辛胺水的摩爾比為=1 0.54: 60，具體實驗步驟如下
(1)向燒杯中加入水和辛胺，攪拌30min;
(2)加入TE0S，攪拌反應5min ；(3)過濾，用乙醇清洗，收集顆粒物；
(4)將顆粒物在空氣中乾燥4天；
(5)將乾燥後的粉體以rc/min的升溫速率加熱至950°C，並保溫6小時，樣品在爐子內自然冷卻至室溫後，收集樣品，微球尺寸大小0. 5 1毫米，比表面積144 m2/g，孔容0. 0729 ml/g,孔徑 0. 86nm。實施例4
以正矽酸乙酯、辛胺和水為原料製備透明微孔二氧化矽微球，正矽酸乙酯辛胺水的摩爾比為1 0.78: 60，具體實驗步驟如下
(1)向燒杯中加入水和辛胺，攪拌30min;
(2)加入TE0S，攪拌反應5min ；
(3)過濾，用水洗滌，收集顆粒物；
(4)將顆粒物在烘箱中60°C乾燥M小時
(5)將乾燥後的粉體以rc/min的升溫速率加熱至550°C，並保溫6小時，樣品在爐子內自然冷卻至室溫後，收集樣品，微球尺寸大小0. 5 1毫米，比表面積1199 m2/g，孔容 0. 5324ml/g，孔徑 1. 81nm。實施例5
以正矽酸乙酯、辛胺和水為原料製備透明微孔二氧化矽微球，正矽酸乙酯辛胺水的摩爾比為1 0.54: 60，具體實驗步驟如下
(1)向燒杯中加入水和辛胺，攪拌30min;
(2)加入TE0S，攪拌反應5min ；
(3)過濾，用水洗滌，收集顆粒物；
(4)將顆粒物在水中養護M小時後，濾出，然後在空氣中乾燥6天；
(5)將乾燥後的粉體以rc/min的升溫速率加熱至550°C，並保溫6小時，樣品在爐子內自然冷卻至室溫後，收集樣品，微球尺寸大小0. 5 1毫米，比表面積1273 m2/g，孔容 0. 5820ml/g，孔徑 1. 84nm。
權利要求
1.一種透明微孔二氧化矽微球的製備方法，其特徵是以水、辛胺和正矽酸乙酯為原料，包括以下步驟(1)將水和辛胺混合，充分攪拌，然後加入正丁酸乙酯進行反應；(2)反應後過濾反應液，將所得顆粒物洗滌、乾燥；(3)將乾燥後的顆粒物加熱至550 950°C，保溫6h，自然冷卻後即得透明微孔二氧化矽微球。
2.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵是正矽酸乙酯辛胺水的摩爾比為1 0. 54 0. 78: 60。
3.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵是水和辛胺混合攪拌30min，加入正丁酸乙酯後反應5min。
4.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵是顆粒物以1°C/min的升溫速率加熱至 550°C 950°C。
5.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵是步驟(2)中，在將顆粒物乾燥前，將其先放入水中靜置養護Mh。
6.根據權利要求1或5所述的製備方法，其特徵是，顆粒物採用下述a、b中的任意一種方法進行乾燥a.在空氣中室溫乾燥4-7天；b.在60°C下乾燥M小時。
7.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵是所得透明微孔二氧化矽微球的粒徑為0.5 Imm,比表面積為144 1748 m2/g，孔容為0. 0729 0. 8206 ml/g,孔徑為0. 86 1.92nm。
全文摘要
本發明公開了一種透明微孔二氧化矽微球的製備方法，以水、辛胺和正矽酸乙酯為原料，包括以下步驟將水和辛胺混合，充分攪拌，然後加入正丁酸乙酯進行反應；反應後過濾反應液，將所得顆粒物洗滌、乾燥；將乾燥後的顆粒物加熱至550～950℃，保溫6h，自然冷卻後即得透明微孔二氧化矽微球。本發明僅用水、辛胺和正矽酸乙酯即能合成透明微孔二氧化矽微球，不使用鹼和醇，原料少，另外採用正矽酸乙酯為矽源，矽源易得，價格便宜，降低了生產成本。整個反應過程時間短，所得樣品的孔特性參數(表面積、孔容、孔徑)隨煅燒溫度的升高而減小，還可通過改變乾燥形式和煅燒溫度調節孔特性，調控簡單易行。
文檔編號C01B33/18GK102491353SQ201110413729
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月10日 優先權日2011年12月10日
發明者劉世權, 李嘉, 趙會 申請人:濟南大學