CN101318660A - 一种空心二氧化硅球的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种空心二氧化硅球的制备方法，它是以正硅酸乙酯为合成二氧化硅原料，以乙炔为生成碳微球原料，以十六烷基三甲基溴化铵为碳微球表面改性剂，以氨水为酸碱度碱性调解剂，以无水乙醇为溶剂、洗涤剂，以去离子水为清洗剂、洗涤剂，以氩气为保护气体，先在管式高温炉中用乙炔、氩气制成碳微球，经研磨过筛后与十六烷基三甲基溴化铵、无水乙醇、去离子水混合，经超声分散后，滴加氨水、正硅酸乙酯，恒温搅拌，水冷凝回流冷却，静置，离心分离，洗涤，干燥，制成二氧化硅包覆碳微球，经550℃焙烧，制成空心二氧化硅球，此方法工艺流程短，产收率高，可达94.5％，产物纯度好，可达96.5％，填补了以碳微球为核、以二氧化硅为壳，制备空心二氧化硅球的科研空白。
Description
技术领域
本发明涉及一种空心二氧化硅球的制备方法，属无机非金属复合材料制取方法的技术领域。
背景技术
二氧化硅是一种性能优良、用途广泛的无机化合物，俗称白炭黑，是一种无毒、无味、无污染的轻质非晶固体材料，具有比表面积大、密度小、分散性好等优点，有优良的耐热性、耐磨性和可焊性，常用于橡胶、塑料、粘合剂、光纤材料、涂料、催化剂、香料、消毒剂等，二氧化硅在水中的稳定性及透光性使其成为一种优良的包覆材料。
二氧化硅的微结构呈絮状和网状的准颗粒结构，为球形，随着技术的发展，也出现了空心球形结构，空心结构的二氧化硅具有光、电、磁、催化等优点，使其具有多功能化，核-壳结构材料一般为球状，当核被除去后可得到空心球壳结构，中空球壳结构的材料具有低密度、高比表面积、高稳定性、高表面渗透性等特点，其空心部分还可容纳大量的客体分子，其独特的优越性能，常被用作催化剂载体、形状选择吸收剂，轻质填料、药物、颜料、化妆品等的可控运输和释放体系。
核-壳结构和空心球状材料的制备方法有多种，常用的如模板法，是在球状模板核的外表面包覆一层目标材料层，然后通过热解法或化学溶解法除去模板，得到空心球壳材料，常用的球状模板有聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等，碳微球的特殊结构赋予了它优异的性能和广阔的应用空间，目前主要应用于锂离子电池、活性炭、吸附材料、复合材料等，目前还没有用碳微球做核模板制备空心球的报导。
在空心球状材料的制备中，还存在很多不足，有的核载体材料较昂贵，有的不易除去，有的工艺过程较复杂，有污染，还有待进一步研究和探讨。
发明内容
发明目的
本发明的目的就是针对背景技术的现状和不足，选用新的核-壳材料，用碳微球做制备载体-核，用二氧化硅做包覆材料-壳，采用模板法，用乙炔做碳微球核的提取材料，用正硅酸乙酯做碳微球包覆材料的前驱体，通过高温制核、焙烧除核等工艺，制得空心二氧化硅球，使碳微球作核制备空心二氧化硅球成为可能。
技术方案
本发明使用的化学物质材料为：正硅酸乙酯、无水乙醇、十六烷基三甲基溴化铵、氨水、去离子水、乙炔、氩气，其组合配比如下：以克、毫升、厘米3为计量单位
正硅酸乙酯：Si(OC2H5)4 3ml±0.01ml
无水乙醇：C2H5OH 300ml±5ml
十六烷基三甲基溴化铵：C16H33(CH3)3NBr 0.086g±0.001g
氨水：NH3 1.4ml±0.01ml
去离子水：H2O 3000ml±50ml
乙炔：C2H2 2000cm3±20cm3
氩气：Ar 100000cm3±100cm3
制备方法如下：
(1)精选化学物质原料
对制备所需的化学物质原料要进行精选，并进行纯度控制：
正硅酸乙酯：液态分析纯99.95％
无水乙醇：液态分析纯99.7％
十六烷基三甲基溴化铵：固态分析纯99.0％
氨水：液态分析纯99.99％
去离子水：液态99.99％
乙炔：气态99.99％
氩气：气态99.99％
(2)制备碳微球
①在石英管式高温电阻炉中进行；
高温电阻炉：长度600mm、内径38mm、220V、2kW；
石英管：长度1000mm、外径34mm、内径30mm
②清洗、清洁石英管
用吸尘器抽吸石英管内粉尘及有害物质；
用去离子水2000ml灌洗、刷洗石英管内、外壁，使其洁净，并晾干；
③将石英管置于高温电阻炉中间位置
安装石英管及两端密封圈、进口塞、出口塞、出气管；
在石英管的进口塞、密封圈左上部安装乙炔管及乙炔阀、乙炔瓶；在石英管的进口塞、密封圈左下部安装氩气管及氩气阀、氩气瓶；
④常压下置换石英管内空气
石英管内气压为常压101.3kPa；
开启氩气瓶，向石英管内输入氩气，输入速度100cm3/min，输入时间15min，驱除石英管内有害气体，使之净化；
⑤开启高温电阻炉，使其升温，升温速度10℃/min，至1000℃±5℃；
⑥继续向石英管内输送氩气，输入速度400cm3/min，输入时间30min±1min；
⑦同时开启乙炔瓶，向石英管内输入乙炔气体，输入速度50cm3/min，输入时间30min±1min；
⑧乙炔与氩气流量比为：1∶8；
⑨乙炔气体在高温1000℃±5℃状态下，在氩气气氛保护下，进行热分解，乙炔气体在石英管内，通过进气区段、高温反应区段、过渡区段、冷却区段，将发生化学变化，由气态-固态，并在石英管内冷却区段冷却，其冷却沉积物为：碳微球；
⑩冷却
关闭乙炔气体；
关闭高温电阻炉，使其降温；
继续输入氩气，输入速度100cm3/min，输入时间300min；
石英管内温度由1000℃±5℃随炉冷却至20℃±3℃；
冷却后成：碳微球粉体；
(3)研磨、过筛
对制备的碳微球粉体用玛瑙研钵、研棒进行研磨，用400目筛网过筛，研磨、过筛反复进行，碳微球成细粉状，碳微球平均粒径为：38μm；
(4)制备二氧化硅球
①制备混合液
将碳微球0.5g±0.001g、无水乙醇40ml±0.1ml、去离子水8ml±0.1ml置于三口烧瓶中，将三口烧瓶置于超声分散仪的水浴槽内，三口烧瓶浸于水中，水温为20℃±3℃；
②开启超声分散仪，超声频率40HZ、100W，超声分散时间60min±1min；
③在超声分散状态下，向三口瓶内加入十六烷基三甲基溴化铵0.086g±0.001g，继续超声分散10min±1min；
④二氧化硅包覆碳微球
将盛有：碳微球+无水乙醇+去离子水+十六烷基三甲基溴化铵混合液的三口烧瓶，置于恒温磁力搅拌器的水浴槽内，在三口烧瓶的左口插入温度计、右口插入滴液漏斗、中间口插入水循环冷凝管，并接通水循环冷凝管的进、出水口；
⑤开启恒温磁力搅拌器、开启水循环冷凝管，使水浴槽内的水温升至40℃±1℃，并持续恒定；
⑥在滴液漏斗中，用移液管量取1.4mol·L-1的氨水1.4ml滴加入三口烧瓶内，滴加速度1ml/min，同时磁力搅拌，使其混合均匀，时间10min±1min，调解混合液酸碱度pH值，pH＝10.58，呈碱性；
⑦滴加正硅酸乙酯、生成二氧化硅包覆壳
将正硅酸乙酯3ml±0.01ml置于三口烧瓶的滴液漏斗中，并滴加，滴加速度1ml/min，同时磁力搅拌，时间3min±0.5min，混合后成：碳微球+无水乙醇+去离子水+十六烷基三甲基溴化铵+氨水+正硅酸乙酯混合液，在温度40℃±1℃水浴状态下、在水循环冷凝状态下，磁力搅拌720min±10min，使正硅酸乙酯经历水解-缩合过程，并包覆碳微球表面，生成二氧化硅包覆碳微球核-壳结构，其化学反应式如下：
式中：
Si(OH)4：硅醇
SiO2：二氧化硅
OH-：氢氧根
⑧静置混合液
将盛有混合液的三口烧瓶置于烧瓶架上，拔去水循环冷凝管，使混合液在洁净状态下静置，静置温度20℃±3℃，静置时间2160min±30min，以稳定二氧化硅包覆碳微球核-壳结构；
⑨离心分离二氧化硅包覆碳微球
将静置后的混合液置于透明的离心管内，将离心管置于离心分离机上，开启离心分离机，分离转数6000r/min，分离时间10min±0.5min，离心管上部为液体，底部为固体产物，即：二氧化硅包覆碳微球；
除去液体，留存固体产物；
⑩去离子水洗涤、离心分离五次
将固体产物置于离心管中，加入去离子水20ml±1ml，然后用玻璃棒搅拌，洗涤、搅拌时间1min
洗涤后，将离心管置于离心分离机上进行离心分离，分离转数6000r/min，分离时间10min±0.5min；
分离后，倒掉分离瓶上面的液体，留存底部的固体产物；
洗涤、离心分离重复进行五次；
将固体产物置于离心管中，加入无水乙醇20ml±1ml，然后用玻璃棒搅拌，洗涤、搅拌时间1min；
洗涤后，将离心管置于离心机上进行离心分离，分离转数6000r/min，分离时间10min±0.5min；
分离后，倒掉分离瓶上面的液体，留存底部的固体产物，即：核-壳结构二氧化硅包覆碳微球；
洗涤、离心分离重复进行五次；
干燥
将洗涤、分离后的核-壳结构的二氧化硅包覆碳微球置于烘箱中进行干燥处理，干燥温度100℃±1℃，干燥时间600min±5min，干燥后即得：核-壳结构二氧化硅包覆碳微球1.194g
(5)制备空心二氧化硅球
制备空心二氧化硅球在电阻焙烧炉中进行；
将1.0g核-壳结构的二氧化硅包覆碳微球置于陶瓷坩埚内，将坩埚置于焙烧炉内；
开启电阻焙烧炉，焙烧温度550℃±5℃，焙烧时间300min±5min；
在焙烧过程中，核-壳结构的二氧化硅包覆碳微球，将进行形态变化，碳微球焙烧氧化后由固态变成气态，生成的二氧化碳气体由气孔排出焙烧炉，即：核-壳结构的二氧化硅包覆碳微球变成空心二氧化硅球，成最终产物，即：白色空心二氧化硅球。
(6)检测、化验、分析、表征、对比
对制备的空心二氧化硅球的形貌、色泽、成分、纯度、性能要进行化验、分析、表征；
用场发射扫描电镜进行形貌分析；
用X-射线衍射仪进行晶相分析；
(7)产物储存
将制备的空心二氧化硅球产物置于无色透明的干燥器内，洁净环境，要防水、防潮、防火、防晒、防酸、碱侵蚀，储存温度20℃±3℃，相对湿度≤20％。
所述的空心二氧化硅球的制备，以正硅酸乙酯为合成空心二氧化硅球原料，以乙炔为生成碳微球原料，以十六烷基三甲基溴化铵为碳微球表面改性剂，以氨水为酸碱度pH值碱性调节剂，以无水乙醇为溶剂、洗涤剂，以去离子水为清洗剂、洗涤剂，以氩气为保护气体。
所述的空心二氧化硅球的形貌为白色、空心、球形、絮状，平均直径520nm，空心平均直径为290nm。
所述的碳微球的制备是在管式高温电阻炉中进行的，在管式高温电阻炉1的中间为石英管2，石英管2左端由密封塞5、进口塞3密封，石英管2右端由密封塞6、出口塞4密封；石英管2左端上部连通乙炔管14、乙炔阀15、乙炔瓶13；石英管2左端下部连通氩气管17、氩气阀18、氩气瓶16；石英管2右端上部连通出气管19；在管式高温电阻炉1与石英管2之间为电阻丝12；石英管2内由左至右分为进气区段7、高温反应区段8、过渡区段9、冷却区段10，在冷却区段10内为产物碳微球11。
所述的混合液的超声分散是在超声波分散仪上进行的，在水浴槽20的下部为超声波控制器21，在水浴槽20上部为三口烧瓶22，三口烧瓶22上设有瓶塞口26、27、28，水浴槽20内置放水浴水33，三口烧瓶22内为碳微球+无水乙醇+去离子水+十六烷基三甲基溴化铵混合液32。
所述的二氧化硅包覆碳微球的制备是在水浴水为40℃±1℃的水浴状态下、在三口烧瓶中、在水循环冷凝过程中进行的，将三口烧瓶22置于水浴缸40上，将水浴缸40置于磁力搅拌器34上，在水浴缸40内为水浴水33，在三口烧瓶22上设置锥塞23、24、25，在锥塞23上置放温度计39，在锥塞24上置放水循环冷凝管35，在锥塞25上置放滴液漏斗41，在滴液漏斗41上先后滴加氨水29、正硅酸乙酯30，水循环冷凝管35上设有进水口36、出水口37、出气口38，三口烧瓶22内置放碳微球+无水乙醇+去离子水+十六烷基三甲基溴化铵混合液32。
有益效果
本发明与背景技术相比具有明显的先进性，空心二氧化硅球的制备是以正硅酸乙酯为合成二氧化硅球的原料，以乙炔为生成碳微球的原料，以十六烷基三甲基溴化铵为碳微球的表面改性剂，以氨水为体系酸碱度pH值的碱性调节剂，以无水乙醇为溶剂、洗涤剂，以去离子水为清洗剂、洗涤剂，以氩气为保护气体，先在管式高温炉中用乙炔、氩气制备碳微球，经研磨、过筛后，碳微球与十六烷基三甲基溴化铵、无水乙醇、去离子水超声分散混合，滴加氨水、正硅酸乙酯，恒温磁力搅拌、静置、离心分离、洗涤、干燥、制得二氧化硅包覆碳微球，再经550℃焙烧，制成空心二氧化硅球产物，即：白色、球形、絮状、空心二氧化硅球粉体，平均直径520nm，空心平均直径290nm，此制备方法工艺流程短，产收率高，可达94.5％，产物纯度好，可达96.5％，填补了以碳微球为核、以二氧化硅为壳制备空心二氧化硅球的科研空白。
附图说明
图1为制备工艺流程图
图2为碳微球制备状态图
图3为制备碳微球温度与时间坐标关系图
图4为混合液超声分散状态图
图5为混合液恒温搅拌水冷凝回流状态图
图6为混合液离心分离状态图
图7为产物焙烧状态图
图8为空心二氧化硅球形貌图
图9为空心二氧化硅球衍射强度图谱
图中所示，附图标记清单如下：
1、管式高温电阻炉，2、石英管，3、进口塞，4、出口塞，5、密封塞，6、密封塞，7、进气区段，8、高温反应区段，9、过渡区段，10、冷却区段，11、碳微球产物，12、电阻丝，13、乙炔瓶，14、乙炔管，15、乙炔阀，16、氩气瓶17、氩气管，18、氩气阀，19、出气管，20、水浴槽，21、水浴控制器，22、三口烧瓶，23、锥塞，24、锥塞，25、锥塞，26、瓶塞口，27、瓶塞口，28、瓶塞口，29、氨水，30、正硅酸乙酯，32、碳微球+无水乙醇+去离子水+十六烷基三甲基溴化铵混合液，33、水浴水，34、恒温磁力搅拌器，35、水循环冷凝管，36、进水口，37、出水口，38、气口，39、温度计，40、水浴槽，41、水浴水，42、离心分离机，43、离心管，44、离心分离控制器，45、液体，46、固体产物，47、电阻焙烧炉，48、气孔，49、陶瓷坩埚，50、炉腔，51程序升温控制仪，52、液晶显示屏，53、产物空心二氧化硅球，54、炉座，55、导线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明：
图1所示，为制备工艺流程图，要严格按流程制备，按序操作。
制备使用的化学物质材料，是按预先设置的数值确定的，以克、毫升、厘米3为计量单位，当工业化制取时，以千克、升、米3为计量单位。
碳微球的制备是用乙炔气体在管式高温电阻炉中制备的，高温炉长600mm，石英管长1000mm，石英管在高温炉内的区段为高温区段，是乙炔在1000℃反应的区段，石英管内分为四段，左前部为进气区段，中间为高温反应区段，右侧部为过渡区段，右部为冷却区段，其温度、时间、乙炔输入速度、输入量、氩气输入速度、输入量要严格控制。
二氧化硅包覆碳微球的制备是在三口烧瓶中进行的，先用碳微球与十六烷基三甲基溴化铵、无水乙醇、去离子水制成混合液，在常温20℃±3℃下，超声分散，使其充分混合。
将盛有混合物的三口烧瓶置于恒温磁力搅拌器上，在恒温40℃状态下，滴加氨水，调解pH值为10.58，呈碱性，然后滴加正硅酸乙酯，即二氧化硅原料物质，在水浴状态下，使二氧化硅包覆碳微球。
离心分离混合液，使固体产物与液体分离，分别用去离子水、无水乙醇进行各五次洗涤、分离二氧化硅包覆碳微球。
碳微球的去除是在高温焙烧炉中进行的，经550℃焙烧，使包覆层内的碳微球由固态氧化为气态二氧化碳经气孔排出，故而形成空心二氧化硅球。
制备使用的三口烧瓶、滴液漏斗、水浴槽、离心管、石英管、玛瑙研钵、研棒、恒温搅拌器等要保持洁净，不能有杂质介入，以防污染产物。
图2所示，为碳微球制备状态图，高温电阻炉1为220V，功率为2kW，石英管2可在高温炉内穿行自如，乙炔瓶13、氩气瓶16的气体与出气管19要配备适当，以使石英管内气压平衡，保证安全，高温反应区段8是最重要的区段，乙炔气体在此区段分解，至冷却区段10后即可生成产物碳微球11，要操作严密，按量、按时进行。
图3所示，为制备碳微球温度与时间坐标关系图，纵坐标为温度℃，横坐标为时间min，温度从20℃开始升温，即A点，升温速度10℃/min，升至1000℃±5℃，即B点，在该温度恒温30min±1min，即B-C区段，然后冷却至20℃，即D点。
图4所示，为混合液超声分散状态图，是制备二氧化硅包覆碳微球先行工序，各液体的加入要按序进行，不可颠倒，三口烧瓶22在水浴缸20内的水浴水33上进行超声分散。
图5所示，为混合液加热搅拌水循环冷凝状态图，是制备二氧化硅包覆碳微球主要工序，氨水29、正硅酸乙酯30的加入要按序进行，不可颠倒，在温度40℃±1℃状态下搅拌，恒温磁力搅拌器34上为水浴缸40，水浴缸40内为水浴水33，水浴缸40上为三口烧瓶22，三口烧瓶22上插入温度计39、水循环冷凝管35及其上的进水口36、出水口37、气口38，三口烧瓶中为碳微球+无水乙醇+去离子水+十六烷基三甲基溴化铵混合液32。
图6所示，为混合液离心分离状态图，离心分离控制器44上为离心分离机42，分离机42上为离心管43，离心管43内上部为液体45，下部为固体产物46。
图7所示，为产物焙烧状态图，在炉座54上部为电阻焙烧炉47，电阻焙烧炉47内为炉腔50，炉腔50内有陶瓷坩埚49，坩埚49内为产物53，电阻焙烧炉47上部设有气孔48，炉座54通过导线55与程序升温控制仪51、液晶显示屏52连接。
图8所示，为产物放大30000倍形貌图，图中可知：产物外形为球形、表面光滑，平均直径为520nm，内部为空心状，空心平均直径为290nm，标尺单位100nm。
图9所示，为产物衍射强度图谱，纵坐标为衍射强度指数，横坐标为衍射角2θ，图中可知：2θ为23.6°处有一个宽峰，这是无定型二氧化硅的特征峰，说明空心二氧化硅的壳为无定型的。
Claims (6)
1.一种空心二氧化硅球的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：正硅酸乙酯、无水乙醇、十六烷基三甲基溴化铵、氨水、去离子水、乙炔、氩气，其组合配比如下：以克、毫升、厘米3为计量单位
正硅酸乙酯：Si(OC2H5)4 3ml±0.01ml
无水乙醇：C2H5OH 300ml±5ml
十六烷基三甲基溴化铵：C16H33(CH3)3NBr 0.086g±0.001g
氨水：NH3 1.4ml±0.01ml
去离子水：H2O 3000ml±50ml
乙炔：C2H2 2000cm3±20cm3
氩气：Ar 100000cm3±100cm3
制备方法如下：
(1)精选化学物质原料
对制备所需的化学物质原料要进行精选，并进行纯度控制：
正硅酸乙酯：液态分析纯99.95％
无水乙醇：液态分析纯99.7％
十六烷基三甲基溴化铵：固态分析纯99.0％
氨水：液态分析纯99.99％
去离子水：液态99.99％
乙炔：气态99.99％
氩气：气态99.99％
(2)制备碳微球
①在石英管式高温电阻炉中进行；
高温电阻炉：长度600mm、内径38mm、220V、2kW；
石英管：长度1000mm、外径34mm、内径30mm
②清洗、清洁石英管
用吸尘器抽吸石英管内粉尘及有害物质；
用去离子水2000ml灌洗、刷洗石英管内、外壁，使其洁净，并晾干；
③将石英管置于高温电阻炉中间位置
安装石英管及两端密封圈、进口塞、出口塞、出气管；
在石英管的进口塞、密封圈左上部安装乙炔管及乙炔阀、乙炔瓶；在石英管的进口塞、密封圈左下部安装氩气管及氩气阀、氩气瓶；
④常压下置换石英管内空气
石英管内气压为常压101.3kPa；
开启氩气瓶，向石英管内输入氩气，输入速度100cm3/min，输入时间15min，驱除石英管内有害气体，使之净化；
⑤开启高温电阻炉，使其升温，升温速度10℃/min，至1000℃±5℃；
⑥继续向石英管内输送氩气，输入速度400cm3/min，输入时间30min±1min；
⑦同时开启乙炔瓶，向石英管内输入乙炔气体，输入速度50cm3/min，输入时间30min±1min；
⑧乙炔与氩气流量比为：1∶8；
⑨乙炔气体在高温1000℃±5℃状态下，在氩气气氛保护下，进行热分解，乙炔气体在石英管内，通过进气区段、高温反应区段、过渡区段、冷却区段，将发生化学变化，由气态-固态，并在石英管内冷却区段冷却，其冷却沉积物为：碳微球；
⑩冷却
关闭乙炔气体；
关闭高温电阻炉，使其降温；
继续输入氩气，输入速度100cm3/min，输入时间300min；
石英管内温度由1000℃±5℃随炉冷却至20℃±3℃；
冷却后成：碳微球粉体；
(3)研磨、过筛
对制备的碳微球粉体用玛瑙研钵、研棒进行研磨，用400目筛网过筛，研磨、过筛反复进行，碳微球成细粉状，碳微球平均粒径为：38μm；
(4)制备二氧化硅球
①制备混合液
将碳微球0.5g±0.001g、无水乙醇40ml±0.1ml、去离子水8ml±0.1ml置于三口烧瓶中，将三口烧瓶置于超声分散仪的水浴槽内，三口烧瓶浸于水中，水温为20℃±3℃；
②开启超声分散仪，超声频率40HZ、100W，超声分散时间60min±1min；
③在超声分散状态下，向三口瓶内加入十六烷基三甲基溴化铵0.086g±0.001g，继续超声分散10min±1min；
④二氧化硅包覆碳微球
将盛有：碳微球+无水乙醇+去离子水+十六烷基三甲基溴化铵混合液的三口烧瓶，置于恒温磁力搅拌器的水浴槽内，在三口烧瓶的左口插入温度计、右口插入滴液漏斗、中间口插入水循环冷凝管，并接通水循环冷凝管的进、出水口；
⑤开启恒温磁力搅拌器、开启水循环冷凝管，使水浴槽内的水温升至40℃±1℃，并持续恒定；
⑥在滴液漏斗中，用移液管量取1.4mol·L-1的氨水1.4ml滴加入三口烧瓶内，滴加速度1ml/min，同时磁力搅拌，使其混合均匀，时间10min±1min，调解混合液酸碱度pH值，pH＝10.58，呈碱性；
⑦滴加正硅酸乙酯、生成二氧化硅包覆壳
将正硅酸乙酯3ml±0.01ml置于三口烧瓶的滴液漏斗中，并滴加，滴加速度1ml/min，同时磁力搅拌，时间3min±0.5min，混合后成：碳微球+无水乙醇+去离子水+十六烷基三甲基溴化铵+氨水+正硅酸乙酯混合液，在温度40℃±1℃水浴状态下、在水循环冷凝状态下，磁力搅拌720min±10min，使正硅酸乙酯经历水解-缩合过程，并包覆碳微球表面，生成二氧化硅包覆碳微球核-壳结构，其化学反应式如下：
式中：
Si(OH)4：硅醇
SiO2：二氧化硅
OH-：氢氧根
⑧静置混合液
将盛有混合液的三口烧瓶置于烧瓶架上，拔去水循环冷凝管，使混合液在洁净状态下静置，静置温度20℃±3℃，静置时间2160min±30min，以稳定二氧化硅包覆碳微球核-壳结构；
⑨离心分离二氧化硅包覆碳微球
将静置后的混合液置于透明的离心管内，将离心管置于离心分离机上，开启离心分离机，分离转数6000r/min，分离时间10min±0.5min，离心管上部为液体，底部为固体产物，即：二氧化硅包覆碳微球；
除去液体，留存固体产物；
⑩去离子水洗涤、离心分离五次
将固体产物置于离心管中，加入去离子水20ml±1ml，然后用玻璃棒搅拌，洗涤、搅拌时间1min；
洗涤后，将离心管置于离心分离机上进行离心分离，分离转数6000r/min，分离时间10min±0.5min；
分离后，倒掉分离瓶上面的液体，留存底部的固体产物；
洗涤、离心分离重复进行五次；
无水乙醇洗涤、离心分离五次
将固体产物置于离心管中，加入无水乙醇20ml±1ml，然后用玻璃棒搅拌，洗涤、搅拌时间1min；
洗涤后，将离心管置于离心机上进行离心分离，分离转数6000r/min，分离时间10min±0.5min；
分离后，倒掉分离瓶上面的液体，留存底部的固体产物，即：核-壳结构二氧化硅包覆碳微球；
洗涤、离心分离重复进行五次；
将洗涤、分离后的核-壳结构的二氧化硅包覆碳微球置于烘箱中进行干燥处理，干燥温度100℃±1℃，干燥时间600min±5min，干燥后即得：核-壳结构二氧化硅包覆碳微球1.194g
(5)制备空心二氧化硅球
制备空心二氧化硅球在电阻焙烧炉中进行；
将1.0g核-壳结构的二氧化硅包覆碳微球置于陶瓷坩埚内，将坩埚置于焙烧炉内；
开启电阻焙烧炉，焙烧温度550℃±5℃，焙烧时间300min±5min；
在焙烧过程中，核-壳结构的二氧化硅包覆碳微球，将进行形态变化，碳微球焙烧氧化后由固态变成气态，生成的二氧化碳气体由气孔排出焙烧炉，即：核-壳结构的二氧化硅包覆碳微球变成空心二氧化硅球，成最终产物，即：白色空心二氧化硅球。
(6)检测、化验、分析、表征、对比
对制备的空心二氧化硅球的形貌、色泽、成分、纯度、性能要进行化验、分析、表征；
用场发射扫描电镜进行形貌分析；
用X-射线衍射仪进行晶相分析；
(7)产物储存
将制备的空心二氧化硅球产物置于无色透明的干燥器内，洁净环境，要防水、防潮、防火、防晒、防酸、碱侵蚀，储存温度20℃±3℃，相对湿度≤20％。
2.根据权利要求1所述的一种空心二氧化硅球的制备方法，其特征在于：所述的空心二氧化硅球的制备，以正硅酸乙酯为合成空心二氧化硅球原料，以乙炔为生成碳微球原料，以十六烷基三甲基溴化铵为碳微球表面改性剂，以氨水为酸碱度pH值碱性调节剂，以无水乙醇为溶剂、洗涤剂，以去离子水为清洗剂、洗涤剂，以氩气为保护气体。
3.根据权利要求1所述的一种空心二氧化硅球的制备方法，其特征在于：所述的空心二氧化硅球的形貌为白色、空心、球形、絮状，平均直径520nm，空心平均直径为290nm。
4.根据权利要求1所述的一种空心二氧化硅球的制备方法，其特征在于：所述的碳微球的制备是在管式高温炉中进行的，在管式高温炉(1)的中间为石英管(2)，石英管(2)左端由密封塞(5)、进口塞(3)密封，石英管(2)右端由密封塞(6)、出口塞(4)密封；石英管(2)左端上部连通乙炔管(4)、乙炔阀(15)、乙炔瓶(13)；石英管(2)左端下部连通氩气管(17)、氩气阀(18)、氩气瓶(16)；石英管(2)右端上部连通出气管(19)；在管式高温炉(1)与石英管(2)之间为电阻丝(12)；石英管(2)内由左至右分为进气区段(7)、高温反应区段(8)、过渡区段(9)、冷却区段(10)，在冷却区段(10)内为产物碳微球(11)。
5.根据权利要求1所述的一种空心二氧化硅球的制备方法，其特征在于：所述的混合液的超声分散是在超声波分散仪上进行的，在水浴槽(20)的下部为超声波控制器(21)，在水浴槽(20)上部为三口烧瓶(22)，三口烧瓶(22)上设有瓶塞口(26、27、28)，水浴槽(20)内置放水浴水(33)，三口烧瓶(22)内为碳微球+无水乙醇+去离子水+十六烷基三甲基溴化铵混合液(32)。
6.根据权利要求1所述的一种空心二氧化硅球的制备方法，其特征在于：所述的二氧化硅包覆碳微球的制备是在水浴水为40℃±1℃的水浴状态下，在三口烧瓶中，在水循环冷凝过程中进行的，将三口烧瓶(22)置于水浴缸(40)上，将水浴缸(40)置于磁力搅拌器(34)上，在水浴缸(40)内为水浴水(33)，在三口烧瓶(22)上设置锥塞(23、24、25)，在锥塞(23)上置放温度计(39)，在锥塞(24)上置放水循环冷凝管(35)，在锥塞(25)上置放滴液漏斗(41)，在滴液漏斗(41)上先后滴加氨水(29)、正硅酸乙酯(30)，水循环冷凝管(35)上设有进水口(36)、出水口(37)、出气口(38)，三口烧瓶(22)内置放碳微球+无水乙醇+去离子水+十六烷基三甲基溴化铵混合液(32)。
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