专利名称：一种具有高活性的中孔型纳米二氧化硅粉体的制备方法
技术领域：
本发明涉及二氧化硅粉体的制备技术，特别提供了一种具有高活性的中孔型纳米二氧化硅粉体的制备方法。
纳米SiO2粉末的制备方法一般有燃烧法(气相法或干法)，沉淀法(湿法)，溶胶—凝胶技术。
1、燃烧法生产纳米SiO2的基本原理，就是由无机硅或有机硅的氯化物水解法，精制的氢气、空气和硅化物蒸汽按一定比例进入水解炉进行高温(1000～1200℃)水解，生成二氧化硅气溶胶，经聚集器收集二氧化硅纳米级粒子。
2、沉淀法是由可溶性硅酸盐以酸分解，制得不溶性的SiO2。
3、溶胶—凝胶技术通常是指将醇盐溶液经水解—缩聚反应，使溶质聚合成溶胶后再凝胶固化，再进行超临界干燥或高温煅烧得到纳米粒子。
上述方法均存在一些不足之处。用燃烧法工艺复杂；用沉淀法得到的颗粒粒径大，结构疏松；用传统的溶胶—凝胶技术热处理温度高，二氧化硅表面上的Si-OH硅烷醇基团被高温去除，且原始粒子容易团聚长大。
本发明的目的在于提供一种工艺简单，过程易于控制，干燥和热处理温度低，成本低，且所得粉体孔隙率为85～93％、表面羟基含量为51～55％、高纯度、高活性、粒径分布在50nm以下的中孔型纳米二氧化硅粉体的制备方法。
本发明提供了一种具有高活性的中孔型纳米二氧化硅粉体的制备方法，包括将硅酸酯类水解—缩聚反应制备出SiO2溶胶，进而生成SiO2凝胶；将SiO2凝胶陈化、干燥；其特征在于将陈化、干燥后的纯白色、非晶态SiO2粉体在150～200℃温度热处理，时间5～8小时；及将热处理后的粉体进行球磨，时间8～48小时。
本发明方法的特点在于热处理温度低，控制在200℃以下，从而保存了二氧化硅表面上的Si-OH硅烷醇基团不被破坏；另外，热处理温度低，避免了硬团聚的产生、一次颗粒长大及高温杂相的出现；表面羟基含量随热处理温度升高而稍有降低。此外，本发明方法还增加了一个球磨过程中，这样一方面，通过机械剪切力使软团聚还原为原始粒子；另一方面，随着团聚的打开，粒径减小，表面原子数增加，纳米SiO2表面存在更多的不饱和残键以及不同键合状态的羟基，从而具有更高的表面能和更高的表面活性，因而它对周围环境十分敏感，如光、温、气氛、湿度等，因此可用作各种传感器，如温度、气体、光、湿度等传感器；粒径、孔隙率分别随球磨时间减小而稍有增大和减小。
本发明制备的纳米SiO2粉体的主要技术指标
用本发明方法制备纳米SiO2粉体的优点是1、生产工艺简单，过程易于控制，成本低，易扩大到工业生产规模；2、热处理温度低，避免了颗粒长大及高温杂相的出现；保存了表面羟基不被破坏。
3、粒径小，分布在5～50nm之间，纯度高达99.9％；4、比表面积为500±502/g，平均孔径为5.1～5.9nm，孔隙率为85～93％；5、表面羟基含量为51～55％，因此具有很高的催化活性。
本发明方法制备的中孔型的纳米SiO2粉体，可用作选择性吸附剂、装载催化剂以及各种传感器，如温度、气体、光、湿度等传感器，也可用于油墨吸收剂和记录纸的制作与生产。其表面很多的Si-OH硅烷醇基团决定了它可与香料相容用于牙膏组合物的制作。高的孔隙率表明其表面具有很多的介孔，使它的界面比很高，具有很强的界面反射能力，反射紫外能力强，稳定性好，被紫外线照射后不分解，不变色，可应用于化妆品中的防晒产品。
实施例1将正硅酸乙酯、无水乙醇、盐酸、蒸馏水按16∶20∶2∶21的体积比配制。通过硅酸酯类的水解—缩聚反应制备出SiO2凝胶，将湿凝胶置于室温下陈化1～7天后，将其放入50℃的真空烘箱中烘干12小时，再将凝胶放入已预热到200℃的炉中进行热处理，时间8小时，等炉体自然降温后得到纯白色、非晶态、粒径为100～12nm的SiO2二次粒子粉体。
实施例2将正硅酸乙酯、无水乙醇、盐酸、蒸馏水按16∶20.2∶21的体积比配制。通过硅酸酯类的水解—缩聚反应制备出SiO2凝胶，将湿凝胶置于室温下陈化1～7天后，将其放入50℃的真空烘箱中烘干12小时，再将凝胶放入已预热到200℃的炉中进行热处理，时间8小时，等炉体自然降温后得到纯白色、非晶态SiO2粉体。将以上所得粉体进行球磨，时间48小时，制得粒径分布为5～30nm、平均孔径为5.1～5.9nm、孔隙率为92％、纯度为99.9％、表面羟基含量为52％的高活性中孔型纳米SiO2粉末。
实施例3将正硅酸乙酯、无水乙醇、盐酸、蒸馏水按16∶20.2∶15的体积比配制。通过硅酸酯类的水解—缩聚反应制备出SiO2凝胶，将湿凝胶置于室温下陈化1～7天后，将其放入40℃的真空烘箱中烘干12小时，再将凝胶放入已预热到160℃的炉中进行热处理，时间8小时，等炉体自然降温后得到纯白色、非晶态SiO2粉体。将以上所得粉体进行球磨，时间20小时，制得粒径分布为20～50nm、平均孔径为5.1～5.9nm、孔隙率为88％、纯度为99.9％、表面羟基含量为55％的高活性中孔型纳米SiO2粉末。
实施例4将正硅酸乙酯、无水乙醇、盐酸、蒸馏水按16∶20∶2∶15的体积比配制。通过硅酸酯类的水解—缩聚反应制备出SiO2凝胶，将湿凝胶置于室温下陈化1～7天后，将其放入50℃的真空烘箱中烘干12小时，再将凝胶放入已预热到200℃的炉中进行热处理，时间8小时，等炉体自然降温后得到纯白色、非晶态SiO2粉体。将以上所得粉体进行球磨，时间60小时，制得纳米SiO2粉末与实施例2基本没有差别。
权利要求
1.一种具有高活性的中孔型纳米二氧化硅粉体的制备方法，包括将硅酸酯类水解—缩聚反应制备出SiO2溶胶，进而生成SiO2凝胶；将SiO2凝胶陈化、干燥；其特征在于；将陈化、干燥后的纯白色、非晶态SiO2粉体在150～200℃温度热处理，时间5～8小时；及；将热处理后的粉体进行球磨，时间8～48小时。
全文摘要
一种具有高活性的中孔型纳米二氧化硅粉体的制备方法，包括将硅酸酯类水解—缩聚反应制备出SiO
文档编号C01B33/157GK1458064SQ02109648
公开日2003年11月26日 申请日期2002年5月14日 优先权日2002年5月14日
发明者张瑞静, 杨柯, 熊天英 申请人:中国科学院金属研究所