CN102491353A - 透明微孔二氧化硅微球的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透明微孔二氧化硅微球的制备方法，以水、辛胺和正硅酸乙酯为原料，包括以下步骤：将水和辛胺混合，充分搅拌，然后加入正丁酸乙酯进行反应；反应后过滤反应液，将所得颗粒物洗涤、干燥；将干燥后的颗粒物加热至550～950℃，保温6h，自然冷却后即得透明微孔二氧化硅微球。本发明仅用水、辛胺和正硅酸乙酯即能合成透明微孔二氧化硅微球，不使用碱和醇，原料少，另外采用正硅酸乙酯为硅源，硅源易得，价格便宜，降低了生产成本。整个反应过程时间短，所得样品的孔特性参数（表面积、孔容、孔径）随煅烧温度的升高而减小，还可通过改变干燥形式和煅烧温度调节孔特性，调控简单易行。

Description

透明微孔二氧化硅微球的制备方法

技术领域

本发明涉及一种透明微孔二氧化硅微球的制备方法，属于二氧化硅凝胶材料、多孔材料技术领域。

背景技术

二氧化硅多孔微球可用于吸附剂、色谱分离、催化剂载体、光学谐振腔、颜料、传感器等领域。把微球做成透明的，有助于了解微球在使用过程中状况和变化，有利于光学检测；同时，微球中得纳米孔可提高材料工作效率。

目前关于透明二氧化硅多孔微球的报道不多。如G.D.Stucky等（ Chemistry of materials, 1997,9,14-17）报道了采用微乳液法制备直径0.1～2mm，表面积484～1100m²/g,孔容0.24～0.61ml/g, 孔径1.5～2nm的透明二氧化硅多孔微球。采用原料为硅酸丁酯、有机或无机碱、烷基三甲基胺表面活性剂、水。反应时间为15-30小时。 研究指出，合成必须采用水解反应慢的硅酸丁酯，且烷基三甲基胺表面活性剂必不可少，一方面其起到稳定硅酸丁酯及其初步水解产物在水中形成的微乳液，并起到诱导组装及成孔作用。孔特性参数主要靠改变表面活性剂直链上的碳原子数多少来调节。

发明内容

本发明对现有透明微孔二氧化硅微球的制备方法进行改进，提供了一种新的透明微孔二氧化硅微球的制备方法，该方法原料少、硅源易得、工艺简单、反应时间短。

本发明是通过以下措施实现的：

一种透明微孔二氧化硅微球的制备方法，其特征是：以水、辛胺和正硅酸乙酯为原料，包括以下步骤：

（1） 将水和辛胺混合，充分搅拌，然后加入正丁酸乙酯进行反应；

（2） 反应后过滤反应液，将所得颗粒物洗涤、干燥；

（3） 将干燥后的颗粒物加热至550～950℃，保温6h，自然冷却后即得透明微孔二氧化硅微球。

上述制备方法中，正硅酸乙酯：辛胺：水的摩尔比为1 : 0.54～0.78: 60。

上述制备方法中，优选的，水和辛胺混合搅拌30min，加入正丁酸乙酯后反应5min。在实际操作中，加入正丁酸乙酯后的反应时间可以在5min以上，但是为了节约时间，将时间优先选为5min，由于本发明的方法，反应5min即可达到很好的效果。

上述制备方法中，颗粒物以1℃/min的升温速率加热至550^oC～950^oC。

进一步的，在上述制备方法中，步骤（2）中在将颗粒物干燥前，可以将其先放入水中静置养护24h。

上述制备方法中，颗粒物采用下述a、b中的任意一种方法进行干燥：

a.    在空气中室温干燥4-7天；

b.    在60^oC下干燥24小时。

本发明所得透明微孔二氧化硅微球的粒径为0.5～1mm，比表面积为144～1748 m²/g，孔容为0.0729～0.8206 ml/g，孔径为0.86～1.92nm。

本发明具有以下优点：

1、本发明仅用水、辛胺和正硅酸乙酯即能合成透明微孔二氧化硅微球，不使用碱和醇，原料少，另外采用正硅酸乙酯为硅源，硅源易得，价格便宜，降低了生产成本。

2、整个反应过程时间短，所得样品的孔特性参数（表面积、孔容、孔径）随煅烧温度的升高而减小，还可通过改变干燥形式和煅烧温度调节孔特性，调控简单易行。

附图说明

图1为所得透明微孔二氧化硅微球的图片。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行进一步的阐释，应该明白的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限制。

实施例1

以正硅酸乙酯、辛胺和水为原料制备透明微孔二氧化硅微球，正硅酸乙酯：辛胺：水的摩尔比为1 : 0.54: 60，具体实验步骤如下：

(1) 向烧杯中加入水和辛胺，搅拌30 min；

(2) 加入TEOS（正硅酸乙酯），搅拌反应5 min；

(3) 过滤，用乙醇清洗，收集颗粒物；

(4) 将颗粒物在空气中干燥4天；

(5) 将干燥后的粉体以1^oC/min的升温速率加热至550^oC，并保温6小时，样品在炉子内自然冷却至室温后，收集样品，所得微球尺寸大小0.5～1毫米，比表面积1748 m²/g，孔容0.8206 ml/g，孔径1.92nm。

实施例2

以正硅酸乙酯、辛胺和水为原料制备透明微孔二氧化硅微球，正硅酸乙酯：辛胺：水的摩尔比为1 : 0.54: 60，具体实验步骤如下：

(1) 向烧杯中加入水和辛胺，搅拌30 min；

(2) 加入TEOS，搅拌反应5 min；

(3) 过滤，用乙醇清洗，收集颗粒物；

(4) 将颗粒物在空气中干燥7天；

(5) 将干燥后的粉体以1^oC/min的升温速率加热至750^oC，并保温6小时，样品在炉子内自然冷却至室温后，收集样品，微球尺寸大小0.5～1毫米，比表面积1380 m²/g，孔容0.6464 ml/g，孔径1.20nm。

实施例3

以正硅酸乙酯、辛胺和水为原料制备透明微孔二氧化硅微球，正硅酸乙酯：辛胺：水的摩尔比为=1 : 0.54: 60，具体实验步骤如下：

(1) 向烧杯中加入水和辛胺，搅拌30 min；

(2) 加入TEOS，搅拌反应5 min；

(3) 过滤，用乙醇清洗，收集颗粒物；

(4) 将颗粒物在空气中干燥4天；

(5) 将干燥后的粉体以1^oC/min的升温速率加热至950^oC，并保温6小时，样品在炉子内自然冷却至室温后，收集样品，微球尺寸大小0.5～1毫米，比表面积144 m²/g，孔容0.0729 ml/g，孔径0.86nm。

实施例4

以正硅酸乙酯、辛胺和水为原料制备透明微孔二氧化硅微球，正硅酸乙酯：辛胺：水的摩尔比为1 : 0.78: 60，具体实验步骤如下：

(1) 向烧杯中加入水和辛胺，搅拌30 min；

(2) 加入TEOS，搅拌反应5 min；

(3) 过滤，用水洗涤，收集颗粒物；

(4) 将颗粒物在烘箱中60^oC干燥24小时

(5) 将干燥后的粉体以1^oC/min的升温速率加热至550^oC，并保温6小时，样品在炉子内自然冷却至室温后，收集样品，微球尺寸大小0.5～1毫米，比表面积1199 m²/g，孔容0.5324ml/g，孔径1.81nm。

实施例5

以正硅酸乙酯、辛胺和水为原料制备透明微孔二氧化硅微球，正硅酸乙酯：辛胺：水的摩尔比为1 : 0.54: 60，具体实验步骤如下：

(1) 向烧杯中加入水和辛胺，搅拌30 min；

(2) 加入TEOS，搅拌反应5 min；

(3) 过滤，用水洗涤，收集颗粒物；

(4) 将颗粒物在水中养护24小时后，滤出，然后在空气中干燥6天；

(5) 将干燥后的粉体以1^oC/min的升温速率加热至550^oC，并保温6小时，样品在炉子内自然冷却至室温后，收集样品，微球尺寸大小0.5～1毫米，比表面积1273 m²/g，孔容0.5820ml/g，孔径1.84nm。

Claims (7)

1.一种透明微孔二氧化硅微球的制备方法，其特征是：以水、辛胺和正硅酸乙酯为原料，包括以下步骤：

（1）将水和辛胺混合，充分搅拌，然后加入正丁酸乙酯进行反应；

（2）反应后过滤反应液，将所得颗粒物洗涤、干燥；

（3）将干燥后的颗粒物加热至550～950℃，保温6h，自然冷却后即得透明微孔二氧化硅微球。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：正硅酸乙酯：辛胺：水的摩尔比为1 : 0.54～0.78: 60。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：水和辛胺混合搅拌30min，加入正丁酸乙酯后反应5min。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：颗粒物以1℃/min的升温速率加热至550^oC～950^oC。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：步骤（2）中，在将颗粒物干燥前，将其先放入水中静置养护24h。

6.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征是，颗粒物采用下述a、b中的任意一种方法进行干燥：

a.在空气中室温干燥4-7天；

b.在60^oC下干燥24小时。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所得透明微孔二氧化硅微球的粒径为0.5～1mm，比表面积为144～1748 m²/g，孔容为0.0729～0.8206 ml/g，孔径为0.86～1.92nm。

Images