CN103570029B - 一种介孔二氧化硅材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种介孔二氧化硅材料的制备方法，其中，该方法包括：（1）在水解条件下使碱金属硅酸盐的水溶液与弱酸性阳离子交换树脂接触，得到硅溶胶；（2）在模板剂存在下，将接触所得硅溶胶进行微波辐照，以产生介孔二氧化硅原粉；（3）对微波辐照所得产物进行固液分离，去除所得介孔二氧化硅原粉中的模板剂。本发明的方法制备效率高，具有较好的工业化价值。由本发明的方法制备得到的介孔二氧化硅材料的粒径均一。

Description

一种介孔二氧化硅材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种制备效率高的介孔二氧化硅材料的制备方法。

背景技术

纳米尺寸的二氧化硅材料作为油田采油、橡胶、塑料、医药、化妆品以及涂料等领域的重要填料和添加剂在工业生产中得到了广泛的应用，可以起到补强、增稠以及防老化等作用。纳米尺寸的二氧化硅材料的尺寸分布对于材料应用有较大影响。

目前针对于合成二氧化硅材料的方法主要为：使碱金属硅酸盐或硅酸酯在酸性或碱性条件、存在或不存在表面活性剂（有些情况下也是模板剂）下进行水解缩合后，进行干燥、焙烧而得到。例如：（1）ZL95102373.X中公开了将硅酸酯在pH为3-4的环境、十六烷胺存在下，80-90℃、8-12小时水解缩合得到透明凝胶，将凝胶干燥、焙烧后得到粒径20-30nm的二氧化硅粉体，另外，文献US3607777和CN1456387A中公开的内容也类似于上述情况，但文献US3607777中所得到的二氧化硅的粒径为微米级，CN1456387A则合成了一种骨架孔为2-500nm、贯穿孔为0.1-20μm的有序介孔硅胶整体柱；（2）CN1183379A公开了在含有表面活性剂的非极性有机溶剂中分散碱金属硅酸盐的水溶液制得反胶束溶液，再将该反胶束溶液与极性有机溶剂搅拌混合得到二氧化硅颗粒的悬浮液，之后清洗并干燥得到5-20nm的二氧化硅颗粒；（3）CN1554582A公开了一种杂质含量低、平均孔径为10-50nm的介孔硅凝胶的制备方法，该方法在硫酸中加入非离子性的模板剂A（多数情况）、在碱金属硅酸盐中加入烷烃卤化铵类模板剂B，用常规造粒机在0.45MPa、45-55℃条件下将两种溶液混合进行水解缩合进而生成大量凝胶粒，然后将上述凝胶粒在60-90℃下用柠檬酸等酸性溶液以及氨水等碱性溶液依次进行浸泡改性，接着清洗凝胶粒子并用热风干燥得到介孔硅凝胶，另外，CN1618736A中公开了一种单分散纳米介孔二氧化硅分子筛的制备，该方法在含有长链烷基季铵盐作为模板剂、非离子性表面活性剂作为分散剂的弱碱性溶液中使硅酸酯或碱金属硅酸盐的水溶液分散并进行水解缩合，从而得到白色浆状沉淀，然后将沉淀过滤、干燥并焙烧得到粒径40-100nm、孔径为2-4nm的MCM-41分子筛。上述列举出的方法或多或少地存在着不足之处，如：粒径较大且分布不均匀、工艺复杂、制备条件苛刻、生产周期长等，这其中，虽然CN1618736A采用了较为温和的制备条件，但是该方法原料硅酸酯在体系中的浓度过低（质量浓度不超过10%），大规模生产时势必造成设备体积过大，增加生产成本、能耗及污染物排放等。

发明内容

本发明针对于现有技术中的不足，目的在于提供一种制备效率高的介孔二氧化硅材料的制备方法。

本发明提供一种介孔二氧化硅材料的制备方法，其中，该方法包括：（1）在水解条件下使碱金属硅酸盐的水溶液与弱酸性阳离子交换树脂接触，得到硅溶胶；（2）在模板剂存在下，将接触所得硅溶胶进行微波辐照，以产生介孔二氧化硅原粉；（3）对微波辐照所得产物进行固液分离，去除所得介孔二氧化硅原粉中的模板剂。

采用本发明的方法，由于步骤（1）的接触产物（硅溶胶）中胶体粒子的粒径均一，由该粒径均一的胶体粒子进一步围绕模板剂进行缩合生成具有孔道结构的介孔二氧化硅材料原粉，将介孔二氧化硅材料原粉干燥并去除模板剂后或者干燥并焙烧后，即可得到粒径均一的介孔二氧化硅材料。另外，本发明的方法使用廉价的碱金属硅酸盐作为原料，降低生产成本；作为使碱金属硅酸盐水解生成胶体粒子的手段，由于使用了弱酸性阳离子交换树脂，因而使操作条件温和并且便于被去除。此外，作为使胶体粒子中硅羟基缩合的手段，使用微波辐照的方法，仅通过简单设定微波辐照的功率即可模拟高温高压下的缩合过程，无需苛刻的制备条件且大幅缩短制备时间。由此可见，本发明的方法的制备效率高，具有较好的工业化价值。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是实施例1-2与对比例1中得到介孔二氧化硅材料的XRD谱图；

图2是实施例2得到的介孔二氧化硅材料的氮气吸附脱附谱图。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

首先，本发明提供一种介孔二氧化硅材料的制备方法，其中，该方法包括：（1）在水解条件下使碱金属硅酸盐的水溶液与弱酸性阳离子交换树脂接触，得到硅溶胶；（2）在模板剂存在下，将接触所得硅溶胶进行微波辐照，以产生介孔二氧化硅原粉；（3）对微波辐照所得产物进行固液分离，去除所得介孔二氧化硅原粉中的模板剂。

在本发明的方法中，所述弱酸性阳离子交换树脂通过与碱金属硅酸盐的水溶液接触，可以将水溶液中处于离子状态的碱金属阳离子等金属阳离子交换为H⁺。

在本发明的方法中，理论上只要弱酸性阳离子交换树脂的用量能够将碱金属硅酸盐的水溶液（碱金属元素全部解离并呈离子状态）中所有碱金属阳离子交换为H⁺即可，实际中弱酸性阳离子交换树脂的用量需要根据其全交换容量和待交换的碱金属阳离子的含量（可以通过碱金属硅酸盐中的碱金属元素计算而得）计算得到。弱酸性阳离子交换树脂的全交换容量取决于离子交换树脂的结构组成。在本发明中，不论弱酸性阳离子交换树脂的结构组成如何，均优选弱酸性阳离子交换树脂的全交换容量为5mmol/g以上，更优选为5-12mmol/g，进一步优选为7-11mmol/g。以上述全交换容量为参考，相对于所述碱金属硅酸盐中1摩尔的碱金属元素，所述弱酸性阳离子交换树脂的用量不少于85g（实际用量）。在本发明中，弱酸性阳离子交换树脂的实际用量通常大于根据待交换的碱金属阳离子的含量和弱酸性阳离子交换树脂的全交换容量计算得到的弱酸性阳离子交换树脂的理论用量，在该实际用量的条件下能够充分地甚至完全地将碱金属硅酸盐的水溶液中的碱金属阳离子交换为H⁺，并且还能够将碱金属硅酸盐的水溶液中的其它杂质金属阳离子交换去除，从而提高制备得到的硅溶胶的纯度，进而提高最终得到的介孔二氧化硅材料的纯度。另外，虽然没有明确规定所述弱酸性阳离子交换树脂的用量的上限，但顾虑到大量使用弱酸性阳离子交换树脂可能会给制备得到的介孔二氧化硅材料带来不良影响，因而在本发明中，以上述全交换容量为参考，相对于所述碱金属硅酸盐中1摩尔的碱金属元素，优选弱酸性阳离子交换树脂的用量不超过200g。在优选情况下，以上述全交换容量为参考，相对于所述碱金属硅酸盐中1摩尔的碱金属元素，优选弱酸性阳离子交换树脂的用量为85-200g，更优选为100-200g。

本发明中，全交换容量的含义已为本领域技术人员所公知，是指单位重量的弱酸性阳离子交换树脂所具有的全部交换基团的数量，可以用mmol/g表示，该全交换容量可参照厂家提供的产品参数，也可以通过滴定法测定得到。

在本发明的方法中，对所使用的弱酸性阳离子交换树脂的结构组成没有特别的限定，所述弱酸性阳离子交换树脂可以为具有例如-COOH（羧基）、-PO₂H₂、酚基等交换基团的弱酸性阳离子交换树脂，这些弱酸性阳离子交换树脂均具有交换碱金属阳离子的能力，并且可以通过商购得到。在优选情况下，所述弱酸性阳离子交换树脂为带有羧基的交联型树脂。所述带有羧基的交联型树脂优选为含（甲基）丙烯酸结构单元的交联型树脂，可以选自交联型聚丙烯酸树脂、交联型丙烯酸-丙烯酸酯共聚树脂、交联型丙烯酸-苯乙烯共聚树脂和交联型丙烯酸-丙烯酸酯-苯乙烯共聚树脂中的一种或多种。上述带有羧基的交联型树脂中的丙烯酸酯的结构单元多源自于丙烯酸的C₁-C₄的烷基酯，可以举出丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸仲丁酯或丙烯酸叔丁酯。另外，也可以使用(甲基)丙烯酸酯替代丙烯酸酯，(甲基)丙烯酸酯可以采用(甲基)丙烯酸的C₁-C₄的烷基酯，具体例与上述丙烯酸的C₁-C₄的烷基酯的列举物质类似且均已商品化，因此不做赘述。此外，具有羧基作为交换基团的弱酸性阳离子交换树脂（即带有羧基的交联型树脂）可以具体地举出：D113、D114和HD-2中的至少一种商品化的弱酸性阳离子交换树脂。

在本发明的方法中，对于碱金属硅酸盐的水溶液与弱酸性阳离子交换树脂的接触方式没有特别的限定，可以采用以下实施方式：（a）先将碱金属硅酸盐的水溶液一次性加入到容器中，再一次性将所需用量的弱酸性阳离子交换树脂加入碱金属硅酸盐的水溶液中；（b）先将碱金属硅酸盐的水溶液一次性加入到容器中，再将所需用量的弱酸性阳离子交换树脂分批加入碱金属硅酸盐的水溶液中，分批加入的次数可以为10-20次；（c）碱金属硅酸盐的水溶液和所需用量的弱酸性阳离子交换树脂均分批式地交替加入容器中。上述方式中，从高效率的观点出发，优选（a）方式；从产品质量优良的观点出发，优选（b）方式。

对于碱金属硅酸盐的水溶液与弱酸性阳离子交换树脂的接触条件没有特别的限制，只要两种物质充分接触即可。例如，接触的温度为室温即可，接触的温度也可以在10-40℃的温度范围内变动；接触的时间与接触方式有关，以最后参与接触的物质为基准（以上述（b）方式举例说明，即最后一次加入弱酸性阳离子交换树脂的时间开始计时），接触的时间优选不少于5分钟，更优选为5-30分钟。

在本发明的方法中，为简化计算，通常将硅元素以SiO₂计。对于所述碱金属硅酸盐的水溶液中硅元素的含量没有特别的限制，例如，所述碱金属硅酸盐的水溶液中，硅元素的含量为30-60重量%。在碱金属硅酸盐的水溶液中，硅元素的含量在上述范围内时，一方面可以获得较高的制备效率，另一方面还能防止由于碱金属硅酸盐的水溶液的粘度过大导致的可能不利于碱金属阳离子与弱酸性阳离子交换树脂中羧基的交换的问题，从而进一步保证能够获得粒径均一的胶体粒子。

对于配制碱金属硅酸盐的水溶液的方法本领域技术人员已熟知，碱金属硅酸盐的水溶液可以由各种公知的碱金属硅酸盐溶解于水中形成。在本发明中，从原料来源广泛和价格方面考虑，优选所述碱金属硅酸盐为硅酸钠和/或硅酸钾，更优选为硅酸钠。对于硅酸钠的水溶液，优选由模数为3.0-3.6的硅酸钠和水以质量比1.5-2.6:1混合而成。对于混合条件不作特殊限定，可以根据物料性质适当选择，如对于由模数为3.0-3.6的硅酸钠与水混合形成均一溶液的情况，混合条件可以包括：温度为60-100℃。

另外，在本发明的方法中，为了减少制备得到的介孔二氧化硅材料中的杂质含量，优选使用的水的电导率不超过5μS/cm。

在本发明的方法中，对于步骤（1）中接触所得硅溶胶，可以将其中的弱酸性阳离子交换树脂分离去除后再进行步骤（2），由于弱酸性阳离子交换树脂不对步骤（2）中所述混合产生任何影响，因而也可以不分离去除弱酸性阳离子交换树脂而直接进行步骤（2）。为了便于对步骤（2）混合所得产物进行分离，优选先分离去除弱酸性阳离子交换树脂后再进行步骤（2）。

在本发明的方法中，将步骤（1）接触所得硅溶胶可作为一些领域的原材料使用，通过激光粒度分析仪等测定，该硅溶胶的粒径范围为10-25nm、较为均一。为了稳定保存该硅溶胶，可以将硅溶胶的pH调整为8.5-9.5。当pH值不在上述范围内时，可以使用0.1MHCl或者0.1MNaOH调节pH值至上述范围内。

在本发明的方法中，步骤（2）中使用的模板剂可以为本领域公知的各种模板剂。另外，模板剂的用量也可以在较大范围内选取，例如，硅元素以SiO₂计，所述模板剂与硅元素的重量比为0.03-0.08：1。

所述模板剂可以选自至少含有一个C₁₂以上的烷基的季铵盐和/或聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物。

所述至少含有一个C₁₂以上的烷基的季铵盐可以用通式[R(R’)₃N]⁺Y^-来表示，[R(R’)₃N]⁺即鎓阳离子，R表示C₁₂以上的烷基，C₁₂以上的烷基可以为直链烷基或支链烷基、优选为直链烷基；R’可以表示C₁-C₁₈的烃基（包括C₁-C₁₈的饱和或不饱和的脂肪烃基、C₁-C₁₈的脂环烃基以及C₆-C₁₈的芳香烃基），三个R’相同或不同，C₁-C₁₈的烃基能够举出：C₁-C₁₈的直链烷基或C₃-C₁₈的支链烷基、C₂-C₁₈的烯烃基、C₂-C₁₈的炔烃基、C₃-C₁₈的环烷烃基、C₆-C₁₈的芳烃基以及含有一个以上杂原子的上述基团，杂原子可以选自N、O、P和S中的一种或多种，R’优选为C₁-C₁₈的直链烷基或C₃-C₁₈的支链烷基、C₂-C₁₈的烯烃基以及含有一个以上杂原子的上述基团；Y^-可以为各种阴离子基团，如：F^-、Cl^-、Br^-、I^-、I₃ ^-、OH^-、PF₆ ^-、BH₄ ^-、BF₄ ^-、HSO₃ ^-、SO₄ ^-、HSO₄ ^-、ClO₄ ^-、AlCl₄ ^-、CH₃COO^-、NCO^-、C[(CN)₃]^-、N[(CN)₂]^-、N[(SO₂CF₃)₂]^-、N[(SO₂F)₂]^-、CF₃(SO₃)^-、C[(CF₃SO₂)₃]^-、AsF₆ ^-或SbF₆ ^-等，Y^-优选为Cl^-、Br^-、PF₆ ^-、BH₄ ^-或BF₄ ^-，Y^-更优选为Cl^-或Br^-。由此可以举出的至少含有一个C₁₂以上的烷基的季铵盐包括：十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、四(十二烷基)氯化铵、四(十二烷基)溴化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、四(十六烷基)氯化铵、四(十六烷基)溴化铵、二甲基二硬脂基氯化铵、二甲基二硬脂基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基溴化铵、十八烷基乙烯基二甲基氯化铵、十八烷基乙烯基二甲基溴化铵等，但至少含有一个C12以上的烷基的季铵盐并不限于上述列举的物质。上述季铵盐可以单独使用一种，也可以两种以上混合使用。

所述聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物可以为环氧乙烷和环氧丙烷的嵌段共聚物，优选数均分子量20000以下的聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物。可作为模板剂并已商品化的聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物可以举出：P123和/或F127。

在优选情况下，所述模板剂选自十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵和数均分子量4000-15000的聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物中的一种或多种。

在本发明的方法中，步骤（1）中接触所得硅溶胶中包括胶体粒子，该胶体粒子具有硅羟基（Si-OH），对于步骤（2）中使硅羟基缩合的条件，本领域技术人员已熟知。在本发明中，缩合反应在微波辐照下进行，所述微波辐照的功率可以为100-600W（优选为200-400W）、时间可以为0.5-3小时。胶体粒子的硅羟基缩合后可生成介孔二氧化硅原粉。

在本发明的方法中，对步骤（2）微波辐照所得产物进行固液分离，去除残余的水、未反应的胶体粒子和弱酸性阳离子交换树脂（如果需要），干燥后得到介孔二氧化硅材料原粉，该原粉中还存留有模板剂，可以通过溶剂提取或者焙烧的方法将模板剂去除，即可得到介孔二氧化硅材料。作为提取模板剂的溶剂可以选自C₁-C₆的醇和C₃-C₆的酮中的至少一种有机溶剂，优选为乙醇和/或丙酮；另外，溶剂还可以为上述有机溶剂和盐酸等的无机酸（无机酸的浓度可以在较大范围内选取，通常使用市售的无机酸，如质量浓度36-38%盐酸、质量浓度68-75%的硝酸、质量浓度85-98%的硫酸等）的混合溶剂，有机溶剂与无机酸的体积混合比可以为1：0.5-2。使用焙烧的方法去除模板剂为本领域常规方法，例如，可以将介孔二氧化硅材料的前驱体在在400-600℃下煅烧5-30小时。

由上述方法制备得到的介孔二氧化硅材料，其粒径范围为400-1000nm，最可几孔径为10-20nm，比表面积为620-900m²/g，孔容为0.3-1mL/g。该介孔二氧化硅材料适合作为催化剂载体使用，另外，也适合用于吸附剂、储能材料领域。可以通过X射线衍射法、氮气吸附-脱附法和扫描电子显微镜等来测定介孔二氧化硅材料的粒径范围、最可几孔径和孔容等，比表面积采用BET方法测定。

下面通过实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于下述实施例，可以在符合全文内容的基础上进行适当变更，这些变更后的方案也属于本发明的技术范畴内。

除非特殊说明，本发明下述实施例和对比例中所用试剂均可以商购得到。

下述实施例和对比例中，激光粒度分析仪购自马尔文公司、型号为Mastersizer3000；X射线衍射分析仪购自布鲁克公司、型号为D8-ADVANCE；扫描电子显微镜购自日本电子公司、型号为JSM-6701F；氮气吸附-脱附实验条件包括：使用GAPP-金埃谱公司、型号为V-Sorb2800P的氮气吸脱附仪，样品在200℃脱气4小时。

实施例1

（1）90℃下在140g去离子水中溶解260g模数为3.6的硅酸钠，得到硅酸钠的水溶液，搅拌下，分16次在该硅酸钠的水溶液中加入200g弱酸性阳离子交换树脂D113（厂家为天津南大树脂科技有限公司，全交换容量为10mmol/g），最后一次加入弱酸性阳离子交换树脂后再继续搅拌5分钟（此时距开始添加弱酸性阳离子交换树脂为80分钟），过滤去除弱酸性阳离子交换树脂，得到硅溶胶，使用激光粒度分析仪测定的该硅溶胶中胶体粒子的粒径为15-20nm。

（2）在搅拌下，向步骤（1）得到的硅溶胶中加入13g十六烷基三甲基溴化铵，并将混合物放入微波炉中，设定微波炉的功率为250W、时间为2h。

（3）微波辐照后取出产物并冷却至40℃左右，过滤得到介孔二氧化硅的前驱体，将该前驱体在80℃下干燥2小时，干燥后再在550℃下焙烧10小时得到124g的介孔二氧化硅材料。

所得介孔二氧化硅材料的粒径范围为400-560nm，最可几孔径为15nm，比表面积为779m²/g，孔容为0.76mL/g。

实施例2

（1）75℃下在240g去离子水中溶解200g模数为3.4的硅酸钠，得到硅酸钠的水溶液，搅拌下，分10次在该硅酸钠的水溶液中加入210g弱酸性阳离子交换树脂D114（厂家为天津南大树脂科技有限公司，全交换容量为8mmol/g），最后一次加入弱酸性阳离子交换树脂后再继续搅拌10分钟（此时距开始添加弱酸性阳离子交换树脂为70分钟），过滤去除弱酸性阳离子交换树脂，得到硅溶胶，使用激光粒度分析仪测定的该硅溶胶中胶体粒子的粒径为15-25nm。

（2）在搅拌下，向步骤（1）得到的硅溶胶中加入5gP123，同时将混合物放入微波炉中，设定微波炉的功率为400W、时间为0.5h。

（3）微波辐照后取出产物并冷却至40℃左右，过滤得到介孔二氧化硅的前驱体，将该前驱体在80℃下干燥2小时，干燥后再在550℃下焙烧10小时得到114g的介孔二氧化硅材料。

使用扫描电子显微镜对所得介孔二氧化硅材料进行测定，由此可以看出介孔二氧化硅材料的粒径范围为500-660nm；介孔二氧化硅材料的氮气吸脱附曲线如图2所示，因而测得最可几孔径为15nm，比表面积为882m²/g，孔容为0.93mL/g。

实施例3

（1）60℃下在150g去离子水中溶解220g模数为3.0的硅酸钠，得到硅酸钠的水溶液，搅拌下，一次性在该硅酸钠的水溶液中加入400g弱酸性阳离子交换树脂HD-2（厂家为天津南大树脂科技有限公司，全交换容量为5mmol/g），加入弱酸性阳离子交换树脂后继续搅拌30分钟，过滤去除弱酸性阳离子交换树脂，得到硅溶胶，使用激光粒度分析仪测定的该硅溶胶中胶体粒子的粒径为10-25nm。

（2）在搅拌下，向步骤（1）得到的硅溶胶中加入13g十六烷基三甲基氯化铵，同时将混合物放入微波炉中，设定微波炉的功率为300W、时间为1.5h。

（3）微波辐照后取出产物并冷却至40℃左右，过滤得到介孔二氧化硅的前驱体，将该前驱体在80℃下干燥2小时，干燥后再在550℃下焙烧8小时得到115g的介孔二氧化硅材料。

所得介孔二氧化硅材料的粒径范围为500-700nm，最可几孔径为14nm，比表面积为878m²/g，孔容为0.88mL/g。

对比例1

（1）同实施例3的步骤（1）。

（2）在步骤（1）得到的硅溶胶中加入13g十六烷基三甲基氯化铵，使该混合物在150℃下晶化6小时。

（3）将步骤（2）得到的产物冷却至40℃左右，过滤得到介孔二氧化硅的前驱体，使用乙醇和质量浓度37%的盐酸的体积混合比为1：0.8的混合溶剂浸泡前驱体1h，之后将该前驱体在80℃下干燥至恒重，得到129g的介孔二氧化硅材料。

所得介孔二氧化硅材料的粒径范围为500-1200nm，最可几孔径为16nm，比表面积为489m²/g，孔容为0.42mL/g。

实施例1-2和对比例1制备得到的介孔二氧化硅材料的X射线衍射图如图1所示，能够看出通过本发明的方法合成的二氧化硅介孔材料比常规方法得到的材料具有更好的X射线衍射峰，表示其具有更好的长程有序结构和孔道结构。另外，通过实施例1-3和对比例1的数据可以看出，采用本发明的制备方法，得到的介孔二氧化硅材料的粒径更均一。

Claims (11)

1.一种介孔二氧化硅材料的制备方法，其特征在于，该方法包括：

(1)在水解条件下使碱金属硅酸盐的水溶液与弱酸性阳离子交换树脂接触，得到硅溶胶；所述弱酸性阳离子交换树脂的全交换容量为5-12mmol/g；相对于所述碱金属硅酸盐中1摩尔的碱金属元素，所述弱酸性阳离子交换树脂的用量为85-200g；

(2)在模板剂存在下，将接触所得硅溶胶进行微波辐照，以产生介孔二氧化硅原粉；所述微波辐照的功率为100-600W、时间为0.5-3小时；

(3)对微波辐照所得产物进行固液分离，去除所得介孔二氧化硅原粉中的模板剂；然后干燥所得介孔二氧化硅原粉，而后在400-600℃下煅烧5-30小时。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述弱酸性阳离子交换树脂的全交换容量为7-11mmol/g；相对于所述碱金属硅酸盐中1摩尔的碱金属元素，所述弱酸性阳离子交换树脂的用量为100-200g。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述弱酸性阳离子交换树脂为带有羧基的交联型树脂。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述带有羧基的交联型树脂选自交联型聚丙烯酸树脂、交联型丙烯酸-丙烯酸酯共聚树脂、交联型丙烯酸-苯乙烯共聚树脂和交联型丙烯酸-丙烯酸酯-苯乙烯共聚树脂中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，硅元素以SiO₂计，所述碱金属硅酸盐的水溶液中，硅元素的含量为30-60重量％。

6.根据权利要求1或5所述的方法，其中，所述碱金属硅酸盐的水溶液为硅酸钠的水溶液。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述碱金属硅酸盐的水溶液由模数为3.0-3.6的硅酸钠和水以质量比1.5-2.6:1混合而成。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，硅元素以SiO₂计，所述模板剂与硅元素的重量比为0.03-0.08：1。

9.根据权利要求1或8所述的方法，其中，所述模板剂选自至少含有一个C₁₂以上的烷基的季铵盐和/或聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述模板剂选自十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵和数均分子量4000-15000的聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物中的一种或多种。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述微波辐照的功率为200-400W。