一种粒径可控单分散介观尺度球形二氧化硅的制备方法与流程

本发明涉及一种纳米材料制备方法，，特别是涉及一种粒径可控单分散介观尺度球形二氧化硅的制备方法。

背景技术：

近些年来，由于单分散颗粒在基础理论和工业生产方面拥有非常重要的应用潜能，因此具有不同粒径的单分散颗粒的制备技术备受关注。单分散颗粒是指合成的颗粒的大小、化学组成和形状完全一致的分散体系，但实际上，由于合成过程的复杂性，绝对的单分散颗粒是不存在的，所以单分散颗粒一般是指形状和组成一致、粒径分布非常窄的颗粒。二氧化硅纳米粒子是最常见而且非常重要的单分散体系之一。二氧化硅纳米粒子是一种无定型、白色、无味、无毒的粉末状物质，其不仅具有粒径尺寸小、比表面积大、密度小、分散性好等特点，而且还因自身纳米级别尺寸而具有如表面效应、量子隧道效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应等特殊性质。此外，由于二氧化硅本身具有耐高温、化学稳定性好等特点，所以常被用作催化剂、药物载体、涂料添加剂、材料稳定剂及模板剂，应用于生物医疗、污染物处理及前沿材料等领域中。

目前合成纳米二氧化硅粒子的方法主要有:溶胶—凝胶法、模板法、碳化反应法、沉淀法、微乳液法和气相法等。气相法和液相法存在设备要求高、工艺复杂和成本高等问题；碳化反应法、微乳液法可制备出超细二氧化硅，但存在制备工艺繁琐，产物纯度不高等缺陷；而沉淀法制备的二氧化硅颗粒粒径偏大。上述方法制备的二氧化硅粒径分布范围宽，不属于单分散体系，且粒径尺寸无法有效控制。1968年，stöber等在乙醇-水二元溶剂体系中以氨水为催化剂、正硅酸乙酯为硅源合成了的分散性良好的二氧化硅，其粒径尺寸为50nm~1μm，没有获得介观尺度的二氧化硅。本发明以stöber溶胶-凝胶法为基础，对影响粒子合成的工艺条件进行探究，优化了正硅酸乙酯和氨水浓度、氨水和有机溶剂的体积比等因素。通过控制反应条件，在简单易行的条件下制备出单分散粒径可控的介观尺度球形二氧化硅。目前已公开的方法制备出的二氧化硅或粒径偏大，或粒径分布范围宽，尚未有同时具备单分散、粒径可控、介观尺度球形二氧化硅的相关报道。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种粒径可控单分散介观尺度球形二氧化硅的制备方法，本发明确定了溶胶-凝胶法中影响球形二氧化硅粒径及单分散性的工艺参数，通过简单的仪器和简易的操作，实现了可控合成介观尺度球形二氧化硅，且粒子具有单分散性。该方法工艺流程简单，条件温和，生产效率高，适于工业化生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种粒径可控单分散介观尺度球形二氧化硅的制备方法，所述方法包括以下制备步骤：

将氨水与有机溶剂混合，氨水质量浓度为1.5~28%，氨水与有机溶剂的体积比为（1~15︰5~50），混合液在40~60℃恒温油浴或水浴中磁力搅拌10分钟，将正硅酸乙酯缓慢滴加到上述混合液中，正硅酸乙酯的浓度为0.001~0.5摩尔/升，在40~60℃磁力搅拌1小时，停止加热，静置过夜，获得乳白色湿凝胶，产物经离心分离，除去上清液，用乙醇反复离心洗涤，至上清液为中性，再经60℃鼓风干燥24小时，获得单分散介观尺度球形二氧化硅。

所述的一种粒径可控单分散介观尺度球形二氧化硅的制备方法，所述有机溶剂为无水乙醇、甲醇、乙二醇中任意一种或两种或三种溶剂的混合液，或者是无水乙醇、甲醇、乙二醇中任意一种或两种溶剂与丙酮、正丙醇中任意一种溶剂的混合液。

所述的一种粒径可控单分散介观尺度球形二氧化硅的制备方法，所述单分散介观尺度球形二氧化硅的粒径可以在5~50nm的尺度范围内调控。

本发明的优点与效果是：

本发明在现有反应体系下，确定了溶胶-凝胶法中影响球形二氧化硅粒径及单分散性的工艺参数，通过简单的仪器和简易的操作，实现了可控合成介观尺度球形二氧化硅，且粒子具有单分散性。该方法工艺及仪器设备简单，生产周期短，条件温和，生产效率高，适于工业化生产。制备出粒径可控单分散球形二氧化硅，粒径可在5~50nm之间调控。

附图说明

图1为实施例1中的单分散介观尺度球形二氧化硅的扫描电镜照片；

图2为实施例2中的单分散介观尺度球形二氧化硅的扫描电镜照片；

图3为实施例5中的单分散介观尺度球形二氧化硅的扫描电镜照片。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种粒径可控单分散介观尺度球形二氧化硅的制备方法，包括以下步骤：

将质量浓度为25%的氨水与无水乙醇混合，氨水与无水乙醇的体积比为（1︰12），混合液在40℃恒温油浴中磁力搅拌10分钟，将正硅酸乙酯缓慢滴加到上述混合液中，正硅酸乙酯的浓度为0.4摩尔/升，在60℃磁力搅拌1小时，停止加热，静置过夜，获得乳白色湿凝胶，产物经离心分离，除去上清液，用乙醇反复离心洗涤，至上清液为中性，再经60℃鼓风干燥24小时，获得单分散球形二氧化硅，该实施例下制备的单分散介观尺度球形二氧化硅的扫描电镜照片详见图1，由图1可见，所得二氧化硅粉体均为完整的球形，分散性好，粒度均一，粒径在50nm左右。

实施例2

一种粒径可控单分散介观尺度球形二氧化硅的制备方法，包括以下步骤：

将质量浓度为3%的氨水与无水乙醇混合，氨水与无水乙醇的体积比为（2︰1），混合液在40℃恒温油浴中磁力搅拌10分钟，将正硅酸乙酯缓慢滴加到上述混合液中，正硅酸乙酯的浓度为0.01摩尔/升，在60℃磁力搅拌1小时，停止加热，静置过夜，获得乳白色湿凝胶，产物经离心分离，除去上清液，用乙醇反复离心洗涤，至上清液为中性，再经60℃鼓风干燥24小时，获得单分散球形二氧化硅，该实施例下制备的单分散介观尺度球形二氧化硅的扫描电镜照片详见图2，由图2可见，所得二氧化硅粉体均为完整的球形，分散性好，粒度均一，粒径在35nm左右。

实施例3

一种粒径可控单分散介观尺度球形二氧化硅的制备方法，包括以下步骤：

将质量浓度为2%的氨水与无水乙醇混合，氨水与无水乙醇的体积比为（3︰2），混合液在40℃恒温油浴中磁力搅拌10分钟，将正硅酸乙酯缓慢滴加到上述混合液中，正硅酸乙酯的浓度为0.007摩尔/升，在60℃磁力搅拌1小时，停止加热，静置过夜，获得乳白色湿凝胶，产物经离心分离，除去上清液，用乙醇反复离心洗涤，至上清液为中性，再经60℃鼓风干燥24小时，获得单分散球形二氧化硅，所得二氧化硅粉体均为完整的球形，分散性好，粒度均一，粒径在5nm左右。

实施例4

一种粒径可控单分散介观尺度球形二氧化硅的制备方法，包括以下步骤：

将质量浓度为2%的氨水与无水乙醇混合，氨水与无水乙醇的体积比为（13︰9），混合液在40℃恒温油浴中磁力搅拌10分钟，将正硅酸乙酯缓慢滴加到上述混合液中，正硅酸乙酯的浓度为0.01摩尔/升，在60℃磁力搅拌1小时，停止加热，静置过夜，获得乳白色湿凝胶，产物经离心分离，除去上清液，用乙醇反复离心洗涤，至上清液为中性，再经60℃鼓风干燥24小时，获得单分散球形二氧化硅，所得二氧化硅粉体均为完整的球形，分散性好，粒度均一，粒径在15nm左右。

实施例5

一种粒径可控单分散介观尺度球形二氧化硅的制备方法，包括以下步骤：

将质量浓度为1%的氨水与乙二醇混合，氨水与乙二醇的体积比为（3︰2），混合液在40℃恒温油浴中磁力搅拌10分钟，将正硅酸乙酯缓慢滴加到上述混合液中，正硅酸乙酯的浓度为0.0035摩尔/升，在60℃磁力搅拌1小时，停止加热，静置过夜，获得乳白色湿凝胶，产物经离心分离，除去上清液，用乙醇反复离心洗涤，至上清液为中性，再经60℃鼓风干燥24小时，获得单分散球形二氧化硅，该实施例下制备的单分散介观尺度球形二氧化硅的扫描电镜照片详见图3，由图3可见，所得二氧化硅粉体均为完整的球形，分散性好，粒度均一，粒径在10nm左右。