专利名称：一种廉价中孔二氧化硅的制备方法
技术领域：
本发明属于纳米多孔材料制备技术领域，具体地说是一种廉价中孔二氧化硅材料的制备方法。
背景技术：
孔径大小介于2-50nm的中孔氧化硅材料由于具有大的比表面积、高的孔体积、均一可调的孔径等特点在催化、吸附、传感、药物传输和纳米反应器等方面具有广阔的应用前景。因此研发一种廉价的中孔氧化硅的制备方法具有重大的实用价值。目前关于中孔氧化硅的合成普遍使用的是表面活性剂模板技术，即先将表面活性剂溶于一定PH值的溶液中，加入硅前驱体使其在一定温度下水解自组装，再在一定条件下去除有机模板剂得到具有中孔结构的目标产物。然而这种方法存在制备工艺复杂，成本较高，煅烧法去除表面活性剂不但浪费而且容易造成环境污染。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种成本低廉、环保且制备工艺简单、 可规模化生产的中孔二氧化硅制备方法。本发明提出的制备廉价中孔二氧化硅的方法，是以廉价的柠檬酸为模板，正硅酸乙酯或硅酸钠为硅源，柠檬酸在制备过程中既充当模板又作为硅源水解的酸催化剂，通过控制柠檬酸和硅源的比例可以有效控制所得到氧化硅的中孔孔径。最终的模板可以通过简单的水洗即可去除，而且水洗后的柠檬酸可以通过浓缩结晶后重复利用。本发明提供的廉价中孔二氧化硅具有高的比表面积(500-1200!! 4),大的孔容 (0. 4-1. ScmY1)、统一且可调的中孔孔径O_20nm)。本发明的具体制备步骤如下(1)首先将一定量的柠檬酸溶于乙醇水溶液中(乙醇和水的比例为0-1000)，用磁力搅拌器搅拌得到透明溶液，然后加入硅源，其中柠檬酸与硅源的摩尔比为0.1-10，并连续搅拌10-300分钟，得到均勻的混合溶液。(2)将步骤1制备的混合溶液转移到培养皿中，使其在15-80°C温度下浓缩挥发溶剂5-20小时，待溶剂挥发完全后置于50-100°C烘箱干燥3-10小时，可得到白色或半透明色的固体颗粒。(3)将步骤2得到的白色或半透明色的固体颗粒置于去离子水中水洗去除模板柠檬酸，干燥后即可得到中孔二氧化硅材料。水洗后的柠檬酸可以通过浓缩结晶后回收利用。
图1是中孔二氧化硅的透射电镜照片。
具体实施方式
实施例1称取IOmmol的柠檬酸溶于50mL去离子水中，搅拌使其完全溶解得到透明溶液，然后滴加20mmol的正硅酸乙酯(柠檬酸与正硅酸乙酯的摩尔比为1 2)，并连续搅拌60分钟，得到均勻的混合溶液；将此混合溶液装移到培养皿中，使其在50°C温度下浓缩挥发溶剂10小时，然后置于80°C烘箱干燥4小时得到白色或半透明色的固体颗粒；将固体颗粒置于去离子水中水洗去除模板，100°C干燥后即可得到中孔二氧化硅材料。其中水洗后的柠檬酸可以通过浓缩去水结晶后回收。实施例2称取20mmol的柠檬酸溶于50mL去离子水中，搅拌使其完全溶解得到透明溶液，然后滴加20mmol的正硅酸乙酯(柠檬酸与正硅酸乙酯的摩尔比为1 1)，并连续搅拌90分钟，得到均勻的混合溶液；将此混合溶液装移到培养皿中，使其在50°C温度下浓缩挥发溶剂10小时，然后置于80°C烘箱干燥4小时得到白色或半透明色的固体颗粒；将固体颗粒置于去离子水中水洗去除模板，100°C干燥后即可得到中孔二氧化硅材料。其中水洗后的柠檬酸可以通过浓缩去水结晶后回收。图1是该中孔二氧化碳的透射电镜照片。实施例3称取40mmol的柠檬酸溶于50mL去离子水中，搅拌使其完全溶解得到透明溶液，然后滴加20mmol的正硅酸乙酯(柠檬酸与正硅酸乙酯的摩尔比为2 1)，并连续搅拌120分钟，得到均勻的混合溶液；将此混合溶液装移到培养皿中，使其在50°C温度下浓缩挥发溶剂10小时，然后置于80°C烘箱干燥4小时得到白色或半透明色的固体颗粒；将固体颗粒置于去离子水中水洗去除模板，100°C干燥后即可得到中孔二氧化硅材料。其中水洗后的柠檬酸可以通过浓缩去水结晶后回收。实施例4称取20mmol的柠檬酸溶于50mL乙醇中，搅拌使其完全溶解得到透明溶液，然后滴加20mmol的正硅酸乙酯(柠檬酸与正硅酸乙酯的摩尔比为1 1)，并连续搅拌90分钟，得到均勻的混合溶液；将此混合溶液装移到培养皿中，使其在30°C温度下浓缩挥发溶剂15小时，然后置于80°C烘箱干燥5小时得到白色或半透明色的固体颗粒；将固体颗粒置于去离子水中水洗去除模板，100°C干燥后即可得到中孔二氧化硅材料。其中水洗后的柠檬酸可以通过浓缩去水结晶后回收。实施例5 称取20mmol的柠檬酸溶于50mL去离子水中，搅拌使其完全溶解得到透明溶液，然后滴加30ml含30mmol的硅酸钠溶液(柠檬酸与硅酸钠的摩尔比为1 1.5)，并连续搅拌 120分钟，得到均勻的混合溶液；将此混合溶液装移到培养皿中，使其在60°C温度下浓缩挥发溶剂10小时，然后置于90°C烘箱干燥4小时得到白色或半透明色的固体颗粒；将固体颗粒置于去离子水中水洗去除模板，100°C干燥后即可得到中孔二氧化硅材料。其中水洗后的柠檬钠可以通过浓缩去水结晶后回收。实施例6称取40mmol的柠檬酸溶于50mL去离子水中，搅拌使其完全溶解得到透明溶液， 然后滴加30ml含20mmol的硅酸钠溶液(柠檬酸与硅酸钠的摩尔比为2 1)，并连续搅拌 120分钟，得到均勻的混合溶液；将此混合溶液装移到培养皿中，使其在60°C温度下浓缩挥发溶剂10小时，然后置于90°C烘箱干燥4小时得到白色或半透明色的固体颗粒；将固体颗粒置于去离子水中水洗去除模板，100°C干燥后即可得到中孔二氧化硅材料。其中水洗后的柠檬酸和柠檬酸钠可以通过浓缩去水结晶后回收。
权利要求
1.一种廉价中孔二氧化硅的制备方法，其特征在于包括如下步骤(a)首先将一定量的柠檬酸溶于乙醇水溶液中，用磁力搅拌器搅拌得到透明溶液，然后加入硅源，其中柠檬酸与硅源的摩尔比为0. 1-10，并连续搅拌10-300分钟，得到均勻的混合溶液。(b)将步骤a制备的混合溶液转移到培养皿中，使其在15-80°C温度下浓缩挥发溶剂 5-20小时，然后于50-100°C烘箱干燥3-10小时，得到白色或半透明色的固体颗粒。(c)将步骤b得到的白色或半透明色的固体颗粒置于去离子水中水洗去除模板，干燥后即可得到中孔二氧化硅材料。水洗后的柠檬酸可通过浓缩结晶后回收利用。
2.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于所用的模板是一种非表面活性剂且廉价的柠檬酸。
3.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的溶剂为水、或乙醇和水的混合溶液，其中乙醇和水的比例为0-1000。
4.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的硅源为正硅酸乙酯和硅酸钠。
5.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于模板的去除无需通过煅烧处理，只要通过简单的水洗即可完全去除，避免了因燃烧产生的有毒有害气体，而且水洗出来的柠檬酸等可以通过浓缩结晶的手段重复利用，既节能又环保。
全文摘要
本发明属于纳米多孔材料制备技术领域，具体为一种廉价中孔二氧化硅材料的制备方法。其特征是在无表面活性剂的条件下，使用廉价的柠檬酸为模板，正硅酸乙酯、硅酸钠等为硅源，在水或醇水溶液中一步水解浓缩得到一种具有蠕虫状的中孔二氧化硅材料。柠檬酸在材料制备中充当模板和酸催化的双重作用，并且模板柠檬酸等可通过水洗浓缩回收利用。本发明是一种廉价经济、工艺简单、环境友好、可工业化制备中孔二氧化硅的方法。
文档编号C01B33/12GK102452654SQ20101052264
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月27日 优先权日2010年10月27日
发明者康诗飞, 朱培怡, 李溪, 王燕刚, 蒋圣, 黄苏君 申请人:王燕刚