CN104909377B - 一种纳米二氧化硅的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米二氧化硅的制备方法。在现有的溶胶‑凝胶技术的基础上，把硅酸乙酯溶于有机溶剂和水后，通过控制溶液的pH、温度和搅拌速率来制得溶胶，当溶胶粒子范围在1‑10nm内后把带有羟基的网板以一定间距竖直放入溶液中然后间隔一定时间后同时取出水洗获得纳米二氧化硅。这种制备方法获得纳米二氧化硅中杂质含量少，避免了分散剂的使用，制备过程使用的有机溶剂少，而且这种制备方法操作简单，也大大缩短了凝聚时间。

Description

一种纳米二氧化硅的制备方法

技术领域

纳米二氧化硅的制备，属于无机纳米材料的制备技术，具体涉及一种以硅酸乙酯为硅源，在溶胶-凝胶技术的基础上制备纳米二氧化硅的方法。

背景技术

纳米二氧化硅为无定型白色粉末，是一种无毒、无味和无污染的非金属功能材料，纳米二氧化硅具有小尺寸效应 ，表面界面效应 、量子尺寸效应和宏观量子遂道效应和特殊光、电特性 、高磁阻现象 、非线性电阻现象以及在高温下仍具的高强、高韧、稳定性好等奇异性，纳米二氧化硅可广泛地用作催化剂载体、分离剂、吸附剂和化学生物传感材料等。

目前有很多在溶胶-凝胶技术基础上来制备纳米二氧化硅的专利，如CN101891209A，以柠檬酸、正硅酸乙酯和乙二醇为原料，氨水为pH调节剂来制备纳米二氧化硅。CN102951648 A，该专利是把正硅酸乙酯加入到丙氨酸的蒸馏水中制得二氧化硅的晶种悬浮液，然后把所得的晶种悬浮液稀释，向稀释液中加入表面活性剂，然后再加入硅酸钠，通过硫酸调节pH来制得纳米二氧化硅。CN102583405 A，以十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂，通过氢氧化钠来调节溶液的pH，将所得的固体溶于乙醇中，超声得纳米二氧化硅。CN103224239 A，该专利以正硅酸乙酯、正硅酸甲酯和硅酸钠之一为硅源，以氨水为催化剂，以非手性表面活性剂为造孔剂，采用溶胶-凝胶法制得纳米二氧化硅。CN103641122 A，该专利以表面活性剂为模板剂，有机小分子胺为碱源，四烷基硅酸酯为硅源来制备纳米二氧化硅。CN103738969 A，该专利在模板剂的基础上，以浓氨水为催化剂，以正硅酸四乙酯为硅源来制备纳米二氧化硅。

目前有关于用溶胶-凝胶技术来制备纳米二氧化硅的专利中，为了防止制备的二氧化硅发生团聚，都需要加入分散剂来获得所需的纳米二氧化硅，这样难免会在制备的二氧化硅中掺入一定的杂质，而且为了溶解这些分散剂，有机溶剂的量会相对增加。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提出了一种基于现有技术，在不添加分散剂的基础上获得所需的纳米二氧化硅。

一种纳米二氧化硅的制备方法，包括如下步骤：

（1）把硅酸乙酯溶于有机溶剂和水中；

（2）在搅拌条件下加入硫酸溶液调pH，得溶胶；

（3）控制溶胶粒子在1-10nm时，把带有羟基的网板放入溶胶中；

（4）网框放置一定时间后，取出，敲打、水洗、干燥获得纳米二氧化硅。

进一步的一种纳米二氧化硅的制备方法，其特征在于有机溶剂和水的比例为1-1.3:9。更进一步的所述的有机溶剂为乙醇。

进一步的，硅酸乙酯溶于有机溶剂和水后得到的溶液浓度为0.1-5 mol/L。

进一步的，硫酸溶液的调pH至3-5。

进一步的一种纳米二氧化硅的制备方法，其搅拌速度为500-800r/min。

进一步的一种纳米二氧化硅的制备方法，其特征在于网框是由带有羟基的物质制成。进一步的带有羟基的物质为纤维素。溶胶中二氧化硅粒子表面有很多羟基基团，根据溶胶-凝胶技术原理，纳米二氧化硅是在溶胶转变为凝胶的过程中，由羟基之间进行缩聚而形成。缩聚本身是无规则的，如果给其提供带有位阻的羟基模板，则缩聚将会以一定的规则进行，而且由于空间位阻的影响，也可以有效避免凝聚的发生。

进一步的一种纳米二氧化硅的制备方法，其特征在于网板是以一定的间距放入溶胶中；更进一步的间距为0.5-0.8cm。

进一步的一种纳米二氧化硅的制备方法，其特征在于网板放入溶液中的时间为40-60分钟。

更进一步的，把网板从溶液中提出，相当于直接和溶液中的杂质进行分离，这样所获得的纳米粒子中所含的杂质相对而言会少。

本发明的有益效果在于：获得纳米二氧化硅中杂质含量少，无分散剂使用，制备过程中有机溶剂用量小，对环境污染小，而且这种制备方法操作简单，也大大缩短了凝聚时间。

具体实施例

下面详细描述本发明的实施例，这些实施例旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1

把硅酸乙酯溶于乙醇和水体积比为1:9的溶剂中，使硅酸乙酯的浓度为0.1mol/L，然后在搅拌速率为500r/min下加入硫酸溶液调节pH至3，待形成的二氧化硅粒子在1nm时，把纤维素制成的网板以0.5cm 间距放入溶液中40分钟，取出，收集固体，水洗干燥得纳米二氧化硅。所得纳米二氧化硅的粒径范围为0.5-15nm，其中92.3%的二氧化硅的粒径在1-5nm之间。

实施例2

把硅酸乙酯溶于乙醇和水体积比为1.3:9的溶剂中，使硅酸乙酯的浓度为5mol/L，然后在搅拌速率为800r/min下加入硫酸溶液调节pH至5，待形成的二氧化硅粒子在10nm时，把纤维素制成的网板以0.8cm 间距放入溶液中60分钟，取出，收集固体，水洗干燥得纳米二氧化硅。所得纳米二氧化硅的粒径范围为5-50nm，其中94.1%的二氧化硅的粒径在10-15nm之间。

实施例3

把硅酸乙酯溶于乙醇和水体积比为1.5:9的溶剂中，使硅酸乙酯的浓度为2.2mol/L，然后在搅拌速率为632r/min下加入硫酸溶液调节pH至3.3，待形成的二氧化硅粒子在5nm时，把纤维素制成的网板以0.6cm 间距放入溶液中45分钟，取出，收集固体，水洗干燥得纳米二氧化硅。所得纳米二氧化硅的粒径范围为1-30nm，其中96.1%的二氧化硅的粒径在5-10nm之间。

Claims (4)

1.一种纳米二氧化硅的制备方法，采用如下步骤：

(1)把硅酸乙酯溶于有机溶剂和水中；

(2)在搅拌条件下加入硫酸溶液调pH，得溶胶；

(3)控制溶胶粒子在1-10nm时，把带有羟基物质的网板放入溶胶中；

(4)网板放置一定时间后，取出，收集固体，水洗、干燥获得纳米二氧化硅；其中有机溶剂和水的比例为1-1.3:9，有机溶剂为乙醇，硅酸乙酯溶于有机溶剂和水后得到的溶液浓度为0.1-5mol/L，硫酸溶液调pH至3-5，网板间距为0.5-0.8cm。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于搅拌速度为500-800r/min。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述带有羟基的物质为纤维素。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于网板放入溶液中的时间为40-60分钟。