CN103288093A - 一种采用喷雾干燥制备空心氧化硅微球的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用喷雾干燥制备空心氧化硅微球的方法，利用氨水将纳米氧化硅粉均匀地分散在去离子水中，然后在喷雾干燥机中进行喷雾干燥；液滴在压缩空气作用下雾化，在100℃以上快速干燥，最后形成空心的微球；再经高温煅烧，获得一定强度的粉末；通过调整工艺参数，能够将颗粒的空心结构控制在如下范围：微球粒径1.3～20.3μm，空心孔径0.5～15.7，体积空心率6～46%。本发明与模板法和微乳液法相比，具有可连续的大批量生产，原料成本低廉，对纳米氧化硅粉的利用率高等优点。制备的空心氧化硅微球尤其在药物载体、催化剂载体方面具有很好的应用前景。

Description

一种采用喷雾干燥制备空心氧化硅微球的方法
技术领域
本发明涉及空心氧化硅微球的制备方法技术领域，特别涉及一种采用喷雾干燥制备空心氧化硅微球的方法。
背景技术
空心氧化硅微球除了具有良好的热稳定性、耐蚀性、低膨胀率外，还具有低密度、高比表面积、良好生物相容性等性能。这些优异的性能使得该种粉末在药物载体、催化剂载体、封装材料等领域具有很好的应用前景。良好的化学稳定性和生物相容性使得氧化硅特别适合用作药物载体。中空结构可以很好的存放药物，并起到缓释的作用，可以很好地将药物输向患处。中空结构还有效地降低了粉末的密度。通过控制粉末的粒径和壳壁的厚度可以使得粉末在空气中有很好的悬浮性。这个性质使得空心氧化硅微球在吸入式药物载体方面具有很好的应用前景。另外，通过在空心微球的孔壁上增加介孔，可以极大地提高颗粒的比表面积。这对用作催化剂载体，提高催化作用接触面积，提高催化效率有着明显的优势。
目前制备空心粉末的方法主要有模板法、微乳液法。模板法是将能够后期消除的物质作为核心，然后在其表面形成氧化硅壳层制备空心微球的。在文献”中空纳米二氧化硅微球的制备与表征”中，马学慧等利用十六烷基三甲基氯化胺为模板合成了介孔氧化硅微球。在专利CN101318660A中，刘旭光等利用乙炔为C微球原料，十六烷基三甲基溴化铵为碳微球表面活性剂，正硅酸四乙脂为硅源制备了空心氧化硅微球。这些模板法都必须通过煅烧或腐蚀等过程将模板去除，工艺相对复杂。制备的一些有机原料价格比较高，也使得生产的成本升高。微乳液法利用水油不相容的原理，在水中形成球形的油滴，然后在油滴表面形成氧化硅壳层。这种工艺往往也需要在油滴表面进行改性才能吸附硅源（如正硅酸四乙脂、Na2SiO3等），经水解等化学反应形成氧化硅壳层，最后释放核心部分的物质形成空心微球。表面改性剂的使用也会导致成本的增加，不利于大批量的工业化生产。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种采用喷雾干燥制备空心氧化硅微球的方法，具有纳米氧化硅粉的利用率高，方法简单、成本低且制备过程连续性好的特点。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种采用喷雾干燥制备空心氧化硅微球的方法，包括以下步骤：
步骤1：纳米氧化硅浆料的制备：首先将纳米二氧化硅粉和一定量的氨水加入去离子水中，配成浆料，其中，纳米二氧化硅粉与水的质量比为1：10～1：100，氨水在水中的浓度为0.1～0.5mol/L；然后将配好的浆料在超声波中震荡5min；随后采用粒径为1mm的氧化锆微球球磨24h；最后将球磨后的浆料放在磁力搅拌器上持续搅拌待用；
步骤2：浆料的喷雾干燥：将步骤1搅拌好的浆料利用蠕动泵通入喷雾干燥机中进行喷雾干燥，得到氧化硅空心粉末坯体；余下的浆料一直在磁力搅拌器上混合，喷雾干燥采用的工艺参数为：浆料输入速度为4～20ml/min，压缩空气压力为0.1～0.4Mpa，喷嘴处温度为100～200℃；
步骤3：氧化硅空心粉末坯体的煅烧：首先将喷雾干燥得到的氧化硅空心粉末坯体在空气炉中进行高温煅烧，升温速率为5～10℃/min,煅烧温度为900～1050℃，煅烧时间为0.5～5h；然后随炉冷却至室温，即得到空心氧化硅微球。
所述纳米二氧化硅粉的粒径为10～100nm。
本发明制备方法的原理为：利用氨水均匀地将纳米二氧化硅粉分散在水中制成浆料；然后经过喷雾干燥，形成空心微球结构。喷雾干燥机首先使浆料在压缩空气下雾化，然后高温快速干燥。干燥的过程中形成空心的结构，壳层由纳米粉末在液体表面张力作用下聚集形成。由于聚集的颗粒间为物理结合，结合力很弱。为了使颗粒间产生一定的化学结合，粉末坯体在空气炉中还需进行高温煅烧。
本发明和现有技术相比，具有如下优点：
1、可制备粒径分布在1.3～20.3μm的空心氧化硅球形颗粒；
2、调整工艺参数可准确控制颗粒的粒径和壳层厚度；
3、原料为纳米氧化硅粉、水和氨水，成本低廉；
4、对纳米氧化硅粉的利用率高；
5、制备过程具有很好的连续性，特别适合大批量生产。
附图说明
图1为实施例一中喷雾造粒空心氧化硅微球的SEM图。
图2为实施例一中空心微球的截面形貌。
图3为实施例一中空心微球的粒径分布图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例一
本实施例采用喷雾干燥制备空心氧化硅微球的方法，包括以下步骤：
步骤1：纳米氧化硅浆料的制备：
首先将纳米二氧化硅粉和一定量的氨水加入去离子水中，纳米二氧化硅粉的粒径为10nm；其中，纳米粉与水的质量比控制在1：100，氨水在水中的浓度控制在0.5mol/L，然后将配好的浆料在超声波中震荡5min，随后采用粒径为1mm的氧化锆微球进行球磨24h；最后待球磨结束后，将浆料放在磁力搅拌器上持续搅拌待用。
步骤2：浆料的喷雾干燥
将配好的浆料利用蠕动泵通入喷雾干燥机中进行喷雾干燥，同时，余下的浆料一直在磁力搅拌器上混合；喷雾干燥采用的工艺参数为：浆料输入速度为4ml/min；压缩空气压力为0.1MPa；喷嘴处温度为200℃。
步骤3：氧化硅空心粉末坯体的煅烧
在空气炉中，将喷雾干燥得到的氧化硅空心粉末坯体以5℃/min的速率升温到900℃，并保温5h进行高温煅烧；然后随炉冷却至室温，既得本发明的空心氧化硅微球。如图1和图2所示为其形貌图，如图3所示为其粒径分布图。
本实施例制备的空心氧化硅微球性质如下表1：
表1
颗粒的粒径范围（μm） 空心的孔径范围（μm） 体积空心率（%）
1.3～11.0 0.5～8.7 6～43
注：体积空心率为空心部分体积比颗粒整体体积。
实施例二
本实施例采用喷雾干燥制备空心氧化硅微球的方法，包括以下步骤：
步骤1：纳米氧化硅浆料的制备：
首先将纳米二氧化硅粉和一定量的氨水加入去离子水中，纳米粉的粒径为100nm；其中，纳米粉与水的质量比控制在1：10，氨水在水中的浓度控制在0.1mol/L，然后将配好的浆料在超声波中震荡5min，然后采用粒径为1mm的氧化锆微球进行球磨24h；最后待球磨结束后，将浆料放在磁力搅拌器上持续搅拌待用。
步骤2：浆料的喷雾干燥
将配好的浆料利用蠕动泵通入喷雾干燥机中进行喷雾干燥，同时，余下的浆料一直在磁力搅拌器上混合；喷雾干燥采用的工艺参数为：浆料输入速度为20ml/min；压缩空气压力为0.4MPa；喷嘴处温度为100℃。
步骤3：氧化硅空心粉末坯体的煅烧
在空气炉中，将喷雾干燥制备的氧化硅空心粉末坯体以10℃/min的速率升温到1050℃，并保温0.5h进行高温煅烧；然后随炉冷却至室温，既得本发明的空心氧化硅微球。
本实施例制备的空心氧化硅微球性质如下表2：
表2
颗粒的粒径范围（μm） 空心的孔径范围（μm） 体积空心率（%）
3.5～20.3 1.4～15.7 6～46
注：体积空心率为空心部分体积比颗粒整体体积。

Claims (2)

1.一种采用喷雾干燥制备空心氧化硅微球的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：纳米氧化硅浆料的制备：首先将纳米二氧化硅粉和一定量的氨水加入去离子水中，配成浆料，其中，纳米二氧化硅粉与水的质量比为1：10～1：100，氨水在水中的浓度为0.1～0.5mol/L；然后将配好的浆料在超声波中震荡5min；随后采用粒径为1mm的氧化锆微球球磨24h；最后将球磨后的浆料放在磁力搅拌器上持续搅拌待用；
步骤2：浆料的喷雾干燥：将步骤1搅拌好的浆料利用蠕动泵通入喷雾干燥机中进行喷雾干燥，得到氧化硅空心粉末坯体；余下的浆料一直在磁力搅拌器上混合，喷雾干燥采用的工艺参数为：浆料输入速度为4～20ml/min，压缩空气压力为0.1～0.4Mpa，喷嘴处温度为100～200℃；
步骤3：氧化硅空心粉末坯体的煅烧：首先将喷雾干燥得到的氧化硅空心粉末坯体在空气炉中进行高温煅烧，升温速率为5～10℃/min,煅烧温度为900～1050℃，煅烧时间为0.5～5h；然后随炉冷却至室温，即得到空心氧化硅微球。
2.根据权利要求1所述的一种采用喷雾干燥制备空心氧化硅微球的方法，其特征在于：所述纳米二氧化硅粉的粒径为10～100nm。
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