CN107973301A - 一种基于T形微反应器可控制备纳米SiO2的方法 - Google Patents

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齐然
刘越
张志昆
顾春雷
苏东岳
张向京
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Abstract

本发明公开了一种基于T形微反应器可控制备纳米二氧化硅（SiO2）的方法。该方法以T形微反应器为微乳液及其纳米SiO2制备反应过程强化设备，通过调控微乳液中环己烷、正丁醇、OP‑10和氨水的摩尔浓度，实现纳米SiO2粒径的可控制备，其平均粒径在66‑300 nm范围以内。本发明制备的纳米SiO2具有分散好，粒径分布较窄等优点。

Description

一种基于T形微反应器可控制备纳米SiO2的方法
技术领域
本发明涉及无机非金属纳米材料制备领域，具体涉及一种基于T形微反应器可控制备纳米SiO2的方法。
背景技术
纳米二氧化硅（SiO2）是一种无毒、无污染的白色粉末。不同尺寸SiO2微粒表现出了光学特性和化学特性的差异，其被广泛应用于陶瓷制品、橡胶制备、塑料制备、载药和细胞毒性研究。因此，可控的制备不同粒径的纳米SiO2具有十分重要的意义。
目前纳米SiO2的制备方法主要有干法和湿法两种方法。干法中包含：气相法和电弧法；湿法主要包含以下几种方法：超重力法、模板法、沉淀法、溶胶-凝胶法和微乳液法。气相法操作条件易控，制备的SiO2粒径小、比表面积大；制备过程中原料成本、能耗较高，产品的价格较高，不利于工业化生产；电弧法能耗太高，产生的附加值太大；超重力法对反应器的要求较高，成本较大；模板法主要用于制备中空微球，但是中空微球壳层结构较疏松，易于破碎，所得中空微球形貌难以控制；沉淀法对实验设备要求不高，能耗少，工艺简单，粒径较大，粒径分布宽，只能用于低端产品；溶胶-凝胶法制备的纳米SiO2纯度较高，分散较好，由于要经历溶胶凝胶阶段，使得工艺较沉淀法复杂，导致成本较高；微乳液法制备纳米SiO2粒径调控方便，所得粒子分散性好;中国专利公开号CN201610597009.4公开了一种透明塑料用疏水形纳米二氧化硅的制备方法，该发明以水玻璃和浓盐酸为原料，采用搅拌方式制备纳米二氧化硅并对其进行改性；中国专利公开号CN201610663727.7公开了一种纳米二氧化硅的制备方法，该发明采用搅拌反应釜制备纳米二氧化硅,由于传统的搅拌反应空间过大，混合效率低，很容易造成局部混合不均匀，致使粒径较大，分布较宽。
T形微反应器由于其内部构件的内交叉指形使得两股流体被分成n层，薄层厚度变为原来的1/n，时间与扩散距离的平方成正比，使得径向毫秒级就可以达到完全混合，解决了搅拌技术中反应空间过大，混合效率低，局部混合不均匀，致使产品粒径分布不均，粒径不可控等缺点。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种可控制备粒径分布窄、分散性好的纳米SiO2的方法。
本发明的技术方案包括以下步骤：
（1）配制8-35 mmol的乳化剂OP-10，555-1700 mmol的环己烷和250-420 mmol的正丁醇的混合溶液，混合溶液以18-30 ml/min速度通入T形微反应器口A；100-420 mmol氨水以1.3ml/min速度通入T形微反应器口B，混合溶液与氨水在T形微反应器中混合均匀，得到微乳液；
（2）微乳液以18-30 ml/min速度通入T形微反应器口A，TEOS（与氨水体积比4:1）以4ml/min速度通入T形微反应器口B，得到混合产品；
（3）混合产品在转速3000-5000 rpm下离心分离，洗涤，干燥4-6小时，得平均粒径为66-300 nm SiO2。
本发明的优点：
与现有技术相比，本发明采用了T形微反应器微乳液法可控制备纳米SiO2，主要优点能够在较小的空间制备纳米级的SiO2，所得的产品粒径可控，分散好，粒径分布窄。
附图说明：
图1为T形微反应器的结构。
具体实施方式
实施例1：
（1）配制1388 mmol的环己烷，15 mmol的乳化剂OP-10，373 mmol的正丁醇的混合溶液，混合溶液以24 ml/min速度通入T形微反应器口A；388 mmol氨水以1.3 ml/min速度通入T形微反应器口B，混合溶液与氨水在T形微反应器中混合均匀，得到微乳液；
（2）微乳液通入T形微反应器口A，233 mmol TEOS以4 ml/min速度通入T形微反应器口B，停留时间为500 ms，得到混合产品，混合产品静置5小时，在转速3000-5000 rpm下离心分离，洗涤，干燥4小时，得平均粒径为149 nm SiO2。
实施例2：
（1）配制1388 mmol的环己烷，15 mmol的乳化剂OP-10，373 mmol的正丁醇的混合溶液，混合溶液以24 ml/min速度通入T形微反应器口A；410 mmol氨水以1.3 ml/min速度通入T形微反应器口B，混合溶液与氨水在T形微反应器中混合均匀，得到微乳液；
（2）微乳液通入T形微反应器口A，233 mmol TEOS以4 ml/min速度通入T形微反应器口B，停留时间为500 ms，得到混合产品，混合产品静置5小时，在转速3000-5000 rpm下离心分离，洗涤，干燥4小时，得平均粒径为164 nm SiO2。
实施例3：
（1）配制1388 mmol的环己烷，15 mmol的乳化剂OP-10，373 mmol的正丁醇的混合溶液，混合溶液以24 ml/min速度通入T形微反应器口A；156 mmol氨水以1.3 ml/min速度通入T形微反应器口B，混合溶液与氨水在T形微反应器中混合均匀，得到微乳液；
（2）微乳液通入T形微反应器口A，233 mmol TEOS以4 ml/min速度通入T形微反应器口B，停留时间为500 ms，得到混合产品，混合产品静置5小时，在转速3000-5000 rpm下离心分离，洗涤，干燥4小时，得平均粒径为315 nm SiO2。
实施例4：
（1）配制1111 mmol的环己烷，15 mmol的乳化剂OP-10，373 mmol的正丁醇的混合溶液，混合溶液以24ml/min速度通入T形微反应器口A；388 mmol氨水以1.3 ml/min速度通入T形微反应器口B，混合溶液与氨水在T形微反应器中混合均匀，得到微乳液；
（2）微乳液通入T形微反应器口A，233 mmol TEOS以4 ml/min速度通入T形微反应器口B，停留时间为500 ms，得到混合产品，混合产品静置5小时，在转速3000-5000 rpm下离心分离，洗涤，干燥4小时，得平均粒径为73 nm SiO2。
实施例5：
（1）配制1111 mmol的环己烷，15 mmol的乳化剂OP-10，373 mmol的正丁醇的混合溶液，混合溶液以28ml/min速度通入T形微反应器口A；388 mmol氨水以1.3 ml/min速度通入T形微反应器口B，混合溶液与氨水在T形微反应器中混合均匀，得到微乳液；
（2）微乳液通入T形微反应器口A，233 mmol TEOS以4 ml/min速度通入T形微反应器口B，停留时间为500 ms，得到混合产品，混合产品静置5小时，在转速3000-5000 rpm下离心分离，洗涤，干燥4小时，得平均粒径为299 nm SiO2。
除上所述的实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，以及符合本发明保护主题思路的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于T形微反应器可控制备纳米SiO2的方法，其特征是：所述可控制备方法包含微乳液的制备及其粒径可控的纳米SiO2的制备两个步骤。
2.根据权利要求1所述，其特征在于：如图1所示T形微反应器结构。
3.如权利要求1所述，其特征在于微乳液制备包含以下步骤：
配制8-35 mmol的乳化剂OP-10，555-1700mmol的环己烷和250- 420mmol的正丁醇的混合溶液，混合溶液以18-30 ml/min速度通入T形微反应器口A；100-420 mmol氨水以1.3 ml/min速度通入T形微反应器口B，混合溶液与氨水在T形微反应器中混合均匀，得到微乳液。
4.根据权利要求1所述，其特征是所述的粒径可控的纳米SiO2的制备，其特征在于以下步骤：
（1）权利要求3所制备的微乳液通入T形微反应器口A，TEOS通入T形微反应器口B；
（2）微乳液与正硅酸乙酯在T形微反应器中停留时间为14.4-720 ms，静置5-10 h，得到的混合产品；
（3）混合产品在转速3000-5000 rpm下离心分离，洗涤，干燥4-6小时，得到平均粒径为66-300nm的SiO2。
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