专利名称：整体型大孔氧化硅的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种整体型大孔氧化硅的制备方法，属于整体型多孔无机氧化物的制备技术。
背景技术：
整体型大孔氧化物由于其具有微米至毫米级的大孔孔道、高比表面积、高阻尼性能、 良好的热稳定性、较低的介电常数等特性而备受关注，广泛地应用于催化剂载体、吸附材 料、分离材料、色谱填料、吸音和减震材料、光纤通信等领域。目前整体型大孔氧化物的制备使用有机模板法。该方法以具有大孔结构的整体型有机 高聚物为模板，制备步骤主要包括(l)整体型有机模板的制备；(2)向模板中填充目标产 物前驱液；(3)焙烧脱除有机模板。关于步骤(l)中整体型有机模板的制备，要求原料廉价 易得，聚合方法简单快捷，得到的有机模板中的大孔孔径可调。Maekawa等[Adv. Mater. 2003, 15(7~8): 591-596]采用浓乳液的方法制备了整体型有机模板，该方法制备的模板具 有互相连通的大孔，孔道尺寸在l)am左右。但在模板制备过程中加入的表面活性剂、稳 定剂和分散剂种类繁多，条件配比不容易控制，同时使用的表面活性剂和稳定剂等价格昂 贵。任剑[Chin. J. Chem. 2006， 24(7): 955 960]等以环己垸为分散相，采用浓乳液法制得整 体型聚丙烯酰胺泡沫模板，该方法制备得到的整体型有机模板的泡孔尺寸在l~2pm。但制 备模板的条件不易控制，由于以环己烷为分散相，成型过程会出现体积收縮，模板形状不 好控制。关于步骤(2)中目标产物前驱液的制备，以往文献中均采用目标产物的醇溶胶进行填 充。这种方法一方面由于醇的挥发造成的填充不均匀，导致机械强度下降；另一方面醇溶 胶与有机模板润湿性好，造成填充过量，从而导致孔道不连通，孔体积减小。同时，醇溶 胶的制备一般采用金属醇盐为前驱物，成本较高。发明内容本发明的目的在于提供一种整体型大孔氧化硅的制备方法，该方法原料廉价易得，过 程简单易行，制得的整体型大孔氧化硅具有微米级互相连通的大孔孔道。本发明是通过下述技术方案加以实现的， 一种整体型大孔氧化硅的制备方法，其特征在于包括以下过程-(1) 模板的制备将以体积比为V(二乙烯苯)/V(苯乙烯)-l:3.8 4.4的苯乙烯(styrene)和二乙烯苯(DVB) 为单体，加入质量为总单体质量2% 20%的表面活性剂司班80，及质量为总单体质量 0.P/。 2y。的引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)均匀混合后为油相。在搅拌下向油相中加水，使水 相的体积分数在75%~90%，得到反相浓乳液。将浓乳液倒入模具中，50 65'C密封聚合 24~48h， 60 9(TC干燥24 48h，得到整体型有机大孔模板。(2) Si02水溶胶的填充选取pH为l 4,密度为1.120 1.350g/cm3， Si02质量含量为10%~40%， Si02胶粒的 粒径集中在3-35nm之间的半透明Si02水溶胶为原料，向步骤(l)制得的整体型有机大孔 模板中填充上述Si02水溶胶，填充后去除模板表面多佘溶胶，将该整体型有机/无机复合 物在60 卯'C鼓风干燥12~24h。重复填充和干燥过程2~6次。(3) 模板的脱除将步骤.(2)制得的整体型有机/无机复合物以升温速率为0.1 5。C/min升温至600~90(TC 焙烧l~8h，得到整体型大孔氧化硅。本发明具有以下优点制备过程简单易行。反相浓乳液法制备整体型大孔聚苯乙烯模 板，原料廉价，操作简单。前驱液采用Si02的水溶胶，原料廉价，且制得的整体型大孔 氧化硅具有微米级互相连通的大孔孔道，孔径为l~50pm，如此结构的整体型大孔氧化硅适用于作为催化剂载体、吸附材料和分离材料。可以根据需要，设计制备不同形状大小和 孔道尺寸的整体型有机模板，从而制备成不同形状大小和孔道尺寸的整体型大孔氧化物。
图1为本发明实施例1制得的整体型大孔模板的SEM图 图2为本发明实施例1制得的整体型大孔Si02的SEM图 图3为本发明实施例2制得的整体型大孔Si02的SEM图具体实施方式
实施例1(1)反相浓乳液法制备整体型大孔聚苯乙烯模板苯乙烯和二乙烯苯单体用等体积0.2mol/L的NaOH溶液洗涤4次，再用等体积去离 子水洗涤4次备用。准确称取洗涤过的苯乙烯6mL和二乙烯苯1.5mL，放入100mL三口 瓶中。向其中加入0.062g引发剂偶氮二异丁腈和0.54g表面活性剂司班80， 400r/min搅拌 使其混合均匀。在搅拌下向三口瓶中逐滴缓慢滴加去离子水33.9mL，滴加时间控制在 60min，形成反相浓乳液。继续搅拌30min后，将浓乳液移入模具中，放入6(TC恒温箱中 聚合24h。聚合后的模板在60。C干燥48h，得到整体型大孔聚苯乙烯模板。(2) Si02溶胶的填充选择市售(天津乐泰化学试剂有限公司)Si02水溶胶为原料，该溶胶的pH约为2.0， 密度约为1.14g/cm3， Si02质量含量为20。/。。向步骤(1)制得的模板中填充步骤(2)中制得的 Si02溶胶。填充后用滤纸吸除模板表面多余溶胶，再将该整体型有机/无机复合物在70°C 干燥12h。重复进行填充和干燥过程4次。(3) 焙烧脱除模板将步骤(2)制得的有机/无机复合物加入马弗炉中，以升温速率为rC/min升温至600 。C焙烧4h，得到整体型大孔氧化Si02，平均孔径为20pm。 实施例2制备方法和过程与实施例l相同，改变步骤(2)中的Si02水溶胶的参数，该溶胶的pH 约为1.7，密度约为1.20g/cm3， Si02质量含量为40%。由此方法制得的整体型大孔氧化 Si02平均孔径为lljam。 实施例3制备方法和过程与实施例1相同，改变步骤(2)中的Si02水溶胶的参数，该溶胶的pH 约为2.5,密度约为1.11g/cm3， Si02质量含量为10%。由此方法制得的整体型大孔氧化 Si02平均孔径为26pm。 实施例4制备方法和过程与实施例1相同，改变步骤(l)中加入去离子水的体积为22.5mL，制 得的整体型大孔氧化Si02平均孔径为8pm。 实施例5制备方法和过程与实施例1相同，改变步骤(l)中加入去离子水的体积为67.5mL，制 得的整体型大孔氧化Si02平均孔径为35)Lim。 实施例6制备方法和过程与实施例1相同，改变步骤(l)中加入表面活性剂司班80的质量为 0.108g，制得的整体型大孔氧化Si02平均孔径为5pm。
实施例7
制备方法和过程与实施例1相同，改变步骤(l)中加入表面活性剂司班80的质量为 1.080g，制得的整体型大孔氧化Si02平均孔径为24pm。
实施例8
制备方法和过程与实施例1相同，改变步骤(4)中焙烧温度为900'C，制得的整体型大 孔氧化Si02平均孔径为20pm。
权利要求
1.一种整体型大孔氧化硅的制备方法，其特征在于包括以下过程(1)模板的制备以二乙烯苯单体与苯乙烯单体体积比为1∶3.8～4.4油相，加入质量为总单体质量2％～20％的表面活性剂司班80，及质量为总单体质量0.1％～2％的引发剂偶氮二异丁腈后混合均匀；在搅拌下向油相中加水，使水相的体积分数在75％～90％，得到反相浓乳液；将浓乳液倒入模具中，50～65℃密封聚合24～48h，60～90℃干燥24～48h，得到整体型有机大孔模板；(2)SiO2水溶胶的填充选取pH为2～4，密度为1.120～1.350g/cm3，SiO2质量含量为10％～40％，SiO2胶粒的粒径集中在3～35nm之间的SiO2水溶胶为原料，向步骤(1)制得的整体型有机大孔模板中填充上述SiO2水溶胶，填充后去除模板表面多余溶胶，将该整体型有机/无机复合物在60～90℃鼓风干燥12～24h；重复填充和干燥过程2～6次；(3)模板的脱除将步骤(2)制得的整体型有机/无机复合物以升温速率为0.1～5℃/min升温至600～900℃焙烧1～8h，得到整体型大孔氧化硅。
全文摘要
本发明公开了一种整体型大孔氧化硅的制备方法，属于整体型多孔无机氧化物的制备技术。该方法包括以下过程采用反向浓乳液法以苯乙烯和二乙烯苯为单体制备整体式大孔有机模板；将SiO<sub>2</sub>水溶胶填充到整体式大孔有机模板中；填充后的整体型有机/无机复合物经干燥，于600℃～900℃焙烧脱除模板，得到整体型大孔氧化硅。该方法的优点在于制备过程简单易行，制得的整体式大孔氧化硅具有微米级互相连通的大孔孔道，适用于作为催化剂载体、吸附材料和分离材料。
文档编号C01B33/12GK101214964SQ200810052019
公开日2008年7月9日 申请日期2008年1月9日 优先权日2008年1月9日
发明者源 刘, 媛 张, 皓 梁, 赵存雨 申请人:天津大学