CN107934975B - 一种纳米二氧化硅的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米二氧化硅的制备方法，包括以下步骤：步骤1、向醇溶剂中加入氨水溶液，搅拌；步骤2、向步骤1溶液中加入正硅酸乙酯溶液，反应液搅拌10～30小时；步骤3、将步骤2得到的溶液过滤，洗涤，干燥得到纳米二氧化硅；步骤1和步骤2中的搅拌速度相同，为300～600r/min；氨水溶液与正硅酸乙酯溶液的体积比为1:0.2～1:2；正硅酸乙酯溶液中SiO2含量为28％。本发明纳米二氧化硅的制备方法制备得到的纳米二氧化硅粒径均一，粒径可控，在100～130nm范围内，分散性良好；制备工艺操作简单，成本低，反应条件温和，安全环保，适合广泛推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种纳米二氧化硅的制备方法。
背景技术
纳米二氧化硅为无定型白色粉末，分子式为SiO2，是一种无毒、无味和无污染的非金属功能材料，由于其粒径小，比表面积大，表面吸附能力强，表面能大，化学纯度高，分散性能好，在热阻以及电阻方面具有特异的功能，还广泛地用作催化剂载体、分离剂、吸附剂与化学生物传感材料等。纳米二氧化硅以及其优越的稳定性，增稠性，补强性和触变形以及优良的机械性能和光学性能，因此在工业上广泛应用于多功能添加剂，工业化应用的纳米材料橡胶，电子封装材料，塑料，陶瓷，化学催化载体等。
目前，现有纳米二氧化硅的制备方法分为干法和湿法两种。干法制备纳米二氧化硅包括：(1)气相法：多以四氯化硅为原料，在1000～1400℃下气相水解制得纳米二氧化硅；(2)电弧法。干法制备纳米二氧化硅，其缺点是能耗高，技术复杂，设备要求高。
湿法制备纳米二氧化硅包括：(1)沉淀法：采用水玻璃与酸反应制取的二氧化硅粉末；此制备方法由于在陈化、洗涤、干燥过程中，一次粒子会进一步团聚长大，最终所得产品颗粒通常达到微米级；并且得到的二氧化硅产品质量不高、生成的二氧化硅粒径不均一，粒径偏大，分散性不好等不足，不利于纳米二氧化硅的机械性能和光学性能在工业上的广泛应用。(2)凝胶法：用硅酸酯并在催化剂的作用下水解形成溶胶，再经过聚合凝胶化，干燥凝胶，烧掉有机物等步骤获得纳米二氧化硅。凝胶法制备纳米二氧化硅工艺较复杂，成本高，污染环境，不适合广泛推广应用。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种纳米二氧化硅的制备方法，解决上述现有技术中制备纳米二氧化硅方法中存在的不足。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是现有纳米二氧化硅的制备方法存在工艺较复杂，生成的二氧化硅粒径不均一。
为实现上述目的，本发明提供了一种纳米二氧化硅的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、向醇溶剂中加入氨水溶液，搅拌；
步骤2、向步骤1溶液中加入正硅酸乙酯溶液，反应液搅拌10～30小时；
步骤3、将步骤2得到的溶液过滤，洗涤，干燥得到纳米二氧化硅；
其中，所述步骤1和步骤2中的搅拌速度相同，为300～600r/min；
所述氨水溶液与正硅酸乙酯溶液的体积比为1:0.2～1:2；
所述正硅酸乙酯溶液中SiO2含量为28％。
进一步地，所述氨水溶液与醇溶剂的体积比为1:0.2～1:4；
进一步地，所述氨水溶液中含氮浓度为20％～28％；
进一步地，所述步骤2中，反应温度为15～30℃；
进一步地，所述步骤3中，洗涤溶剂为醇溶剂、水中一种或多种；
进一步地，所述醇溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇；
进一步地，所述步骤3中，干燥温度为50～90℃；
进一步地，所述步骤3中，干燥时间为1～24小时；
进一步地，所述步骤3中，干燥温度为80～90℃；
进一步地，所述步骤3中，干燥时间为8～24小时。
在本发明的较佳实施方式中，所述步骤1和步骤2中的搅拌速度相同，为500r/min；
在本发明的较佳实施方式中，所述步骤1和步骤2中的搅拌速度相同，为300r/min；
在本发明的较佳实施方式中，所述步骤1和步骤2中的搅拌速度相同，为400r/min；
在本发明的较佳实施方式中，所述步骤1和步骤2中的搅拌速度相同，为600r/min；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述氨水溶液与正硅酸乙酯溶液的体积比为1:0.4～1:1.5；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述氨水溶液与正硅酸乙酯溶液的体积比为2:3；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述氨水溶液与正硅酸乙酯溶液的体积比为4:3；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述氨水溶液与正硅酸乙酯溶液的体积比为2:1；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述氨水溶液与正硅酸乙酯溶液的体积比为8:3；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述氨水溶液与正硅酸乙酯溶液的体积比为1:2；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述氨水溶液与醇溶剂的体积比为1:1～1:2；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述氨水溶液与醇溶剂的体积比为1:1；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述氨水溶液与醇溶剂的体积比为1:2；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述氨水溶液与醇溶剂的体积比为1:4；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述氨水溶液与醇溶剂的体积比为1:0.2；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述氨水溶液与醇溶剂的体积比为1:0.5；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述氨水溶液中含氮浓度为25％～28％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述氨水溶液中含氮浓度为25％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述氨水溶液中含氮浓度为28％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述氨水溶液中含氮浓度为20％；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述醇溶剂为乙醇；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤2中，反应温度为20～25℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤2中，反应温度为20℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤2中，反应温度为25℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤2中，反应温度为30℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤2中，反应温度为15℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤2中，反应搅拌时间为24小时；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤2中，反应搅拌时间为10小时；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤2中，反应搅拌时间为30小时；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤3中，干燥温度为85℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤3中，干燥温度为80℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤3中，干燥温度为90℃；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤3中，干燥时间为12小时；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤3中，干燥时间为20小时；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤3中，干燥时间为8小时；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤3中，干燥时间为24小时；
在本发明的另一较佳实施方式中，所述步骤3中，干燥时间为14小时。
采用以上方案，本发明公开的纳米二氧化硅的制备方法，具有以下优点：
本发明纳米二氧化硅的制备方法，采用固定的搅拌速度，控制调整反应时间和反应温度，优化了溶剂和反应试剂的配比，制备得到的纳米二氧化硅粒径均一，粒径可控，有利于提高纳米二氧化硅在应用于纳米材料橡胶，电子封装材料，塑料，陶瓷，化学催化载时的各方面性能；
本发明纳米二氧化硅的制备方法，工艺简便，易操作，原材料廉价，反应条件温和，安全环保，有利于实现工业化扩大应用；
综上所述，本发明纳米二氧化硅的制备方法，制备得到的纳米二氧化硅粒径均一，粒径可控，在100～130nm范围内，分散性良好；制备工艺操作简单，成本低，反应条件温和，安全环保，适合广泛推广应用。
以下将结合附图和实施例对本发明的构思、具体技术方案及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是实施例1所制备的纳米二氧化硅的透射电子显微镜图。
具体实施方式
以下介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，这些实施例为示例性描述，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
如若有未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，如相关说明书或者手册进行实施。
实施例1、纳米二氧化硅的制备
步骤1、向1mL乙醇溶剂中加入1mL含氮浓度为25％的氨水溶液，搅拌速度500r/min下搅拌，混合均匀；
步骤2、20℃下，向步骤1溶液中加入SiO2含量为28％的正硅酸乙酯溶液1.5mL，反应液在搅拌速度500r/min下搅拌24小时；
步骤3、将步骤2得到的溶液用乙醇和水过滤，洗涤3次，烘箱85℃干燥12小时得到纳米二氧化硅粉末。
将上述得到的纳米二氧化硅粉末取样通过透射电子显微镜进行观察检测，如图1所示，上述实施例制备得到的纳米二氧化硅粉末，二氧化硅颗粒粒径均一，分散性良好，直径为105～125nm。
实施例2、纳米二氧化硅的制备
步骤1、向1.5mL乙醇溶剂中加入3mL含氮浓度为20％的氨水溶液，搅拌速度300r/min下搅拌，混合均匀；
步骤2、25℃下，向步骤1溶液中加入SiO2含量为28％的正硅酸乙酯溶液2.3mL，反应液在搅拌速度300r/min下搅拌10小时；
步骤3、将步骤2得到的溶液用乙醇和水过滤，洗涤3次，烘箱80℃干燥20小时得到纳米二氧化硅粉末。
实施例3、纳米二氧化硅的制备
步骤1、向4mL乙醇溶剂中加入2mL含氮浓度为28％的氨水溶液，搅拌速度400r/min下搅拌，混合均匀；
步骤2、25℃下，向步骤1溶液中加入SiO2含量为28％的正硅酸乙酯溶液1mL，反应液在搅拌速度400r/min下搅拌30小时；
步骤3、将步骤2得到的溶液用乙醇和水过滤，洗涤3次，烘箱90℃干燥8小时得到纳米二氧化硅粉末。
实施例4、纳米二氧化硅的制备
步骤1、向1mL乙醇溶剂中加入4mL含氮浓度为25％的氨水溶液，搅拌速度600r/min下搅拌，混合均匀；
步骤2、30℃下，向步骤1溶液中加入SiO2含量为28％的正硅酸乙酯溶液2mL，反应液在搅拌速度600r/min下搅拌20小时；
步骤3、将步骤2得到的溶液用乙醇和水过滤，洗涤3次，烘箱85℃干燥24小时得到纳米二氧化硅粉末。
实施例5、纳米二氧化硅的制备
步骤1、向4mL乙醇溶剂中加入1mL含氮浓度为25％的氨水溶液，搅拌速度500r/min下搅拌，混合均匀；
步骤2、15℃下，向步骤1溶液中加入SiO2含量为28％的正硅酸乙酯溶液2mL，反应液在搅拌速度500r/min下搅拌24小时；
步骤3、将步骤2得到的溶液用乙醇和水过滤，洗涤3次，烘箱85℃干燥14小时得到纳米二氧化硅粉末。
实施例6、纳米二氧化硅的制备
步骤1、向4mL乙醇溶剂中加入4mL含氮浓度为25％的氨水溶液，搅拌速度500r/min下搅拌，混合均匀；
步骤2、25℃下，向步骤1溶液中加入SiO2含量为28％的正硅酸乙酯溶液1.5mL，反应液在搅拌速度500r/min下搅拌24小时；
步骤3、将步骤2得到的溶液用乙醇和水过滤，洗涤3次，烘箱85℃干燥24小时得到纳米二氧化硅粉末。
经检测，实施例2～6制备得到的纳米二氧化硅粉末与实施例相似，二氧化硅颗粒粒径均一，分散性良好，直径为100～130nm。
本发明其他实施方式技术方案制备方法制备得到的纳米二氧化硅也具有与上述相似的有益效果。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的试验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种纳米二氧化硅的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、向醇溶剂中加入氨水溶液，搅拌；
步骤2、向步骤1溶液中加入正硅酸乙酯溶液，反应液搅拌10～30小时；
步骤3、将步骤2得到的溶液过滤，洗涤，干燥得到纳米二氧化硅；
其中，所述步骤1和步骤2中的搅拌速度相同，为300～600r/min；
所述氨水溶液与正硅酸乙酯溶液的体积比为1:0.2～1:2；
所述正硅酸乙酯溶液中SiO2含量为28％；
所述氨水溶液与醇溶剂的体积比为1:0.2～1:4；
所述氨水溶液中含氮浓度为20％～28％；
所述步骤2中，反应温度为15～30℃。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述醇溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤1和步骤2中的搅拌速度相同，为500r/min。
4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述氨水溶液与正硅酸乙酯溶液的体积比为2:3、4:3、2:1、8:3。
5.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤3中，洗涤溶剂为醇溶剂、水中一种或多种。
6.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤3中，干燥温度为50～90℃；干燥时间为1～24小时。
7.如权利要求2或5所述方法，其特征在于，所述醇溶剂为乙醇。
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