球形介孔二氧化硅的制备方法技术

本发明专利技术属于半导体材料的制备和应用技术领域，特别是涉及球形介孔二氧化硅材料的制备方法。利用阳离子表面活性剂为模板，用正硅酸乙酯为硅源，在碱性条件下水解缩合而成。本发明专利技术的方法不仅能耗低，分散性好，且球形介孔二氧化硅的尺寸可通过改变反应条件加以控制。

【技术实现步骤摘要】
球形介孔二氧化硅的制备方法                        专利
本专利技术属于半导体材料的制备和应用
，特别是涉及球形介孔二氧化硅的制备方法。                        
技术介绍
介孔二氧化硅是近年来纳米材料科学领域引人注目的研究对象。由于MCM-41介孔二氧化硅具有六角对称、均匀孔径分布的三维孔道结构，且由于其具有巨大的比表面积和均匀的孔尺寸，使其在催化和分离科学方面有重要的应用，如色谱、催化剂载体、分子的选择性吸收、筛分、催化等。控制介孔二氧化硅的形貌和尺寸可以拓展介孔二氧化硅的应用，尤其是开发介孔二氧化硅在色谱以及便于操控的催化材料等方面的用途。介孔纳米结构材料的形貌控制，产生大小均匀的球形、豆瓣形分子筛可以直接用做色谱柱填充材料以用于色谱分离。在分析化学中可以作高效液相色谱填料，适当粒径的单分散微球可大大提高分离效果及检测精确度，并可改善流动性。新近开发的新型快速蛋白液相色谱以介孔球形颗粒为填料，可实现蛋白质、肽及核苷酸的快速而精密的分离。在化学工业中大粒径、单分散并具有介孔结构的氧化物微球可用作催化剂载体，其催化活性高，副反应少，反复利用率和选择性高，并且催化剂易于回收。Cai等利用阳离子表面活性剂为模板在氢氧化钠条件下合成了不同形貌的介孔二氧化硅球，但所采用的反应物的浓度较低，且对颗粒的尺寸可控性研究较少。[Cai，Q.；Luo，Z.；Pang，W.；Fan，Y.；Chen，X.；Cui，F.Chem.Mater.2001，13，258]。                          专利技术内容本专利技术的目的在于提供一种操作简单、制备方便的合成球形介孔二氧化硅的方法。本方法在比文献[Cai，Q.；Luo，Z.；Pang，W.；Fan，Y.；Chen，X.；Cui，F.-->Chem.Mater.2001，13，258]高的浓度下同样可以进行合成，进而降低生产成本，制得的介孔二氧化硅的形貌为球形，比表面积为800～1200m2/g，介孔尺寸为2.0～3.5nm。本专利技术的介孔二氧化硅采用阳离子表面活性剂为模板剂，以TEOS为硅源，在碱性条件下制备介孔二氧化硅，得到的介孔二氧化硅为MCM-41介孔二氧化硅，且为球形颗粒，并且球形介孔二氧化硅的尺寸可以通过改变反应条件，控制反应物的浓度、不同的溶剂比、碱性的强弱来进行控制。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：利用阳离子表面活性剂为模板，用正硅酸乙酯为硅源，在碱性条件下水解缩合而成。具体方法包括以下步骤：(1).配制碱的溶液(可为水溶液、醇水溶液)，碱的浓度为0.001～5摩尔/升，优选为0.001～1摩尔/升，醇水的体积比小于1.5∶1。(2).配制阳离子表面活性剂溶液，在步骤(1)的碱液中加入十六烷基三甲基卤化铵，使得混合溶解后的溶液中十六烷基三甲基卤化铵的浓度为0.001～5摩尔/升，优选为0.001～1摩尔/升。(3).将正硅酸乙酯加入到步骤(2)得到的混合溶液中，使混合后的溶液中正硅酸乙酯的浓度为0.001～1摩尔/升，优选为0.005～1摩尔/升，继续搅拌3～5小时，得白色沉淀的溶液，然后离心分离、洗涤、干燥，在500～800℃焙烧后，得到长径比2∶1～1∶1球形介孔二氧化硅，比表面积为800～1200m2/g，介孔尺寸为2.0～3.5nm。所得到的球形介孔二氧化硅的粒径在100～700nm之间。所述的无机碱选自氨水、氢氧化钠、氢氧化钾的中的一种或两种混合物。所述的十六烷基三甲基卤化铵可为十六烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基氯化铵。本专利技术的介孔材料具有巨大的比表面积，广泛应用于色谱、催化剂载体、分子的选择性吸收、筛分、催化以及复合材料的制备等领域。采用本专利技术的方法得到的球形介孔二氧化硅材料如附图1所示。本专利技术的方法不仅能耗低，产品纯度高，分散性好，且球形介孔二氧化硅尺寸可通过改变反应条件加以控制。本专利技术制备介孔二氧化硅材料的方法简单易行，易于推广应用。-->本专利技术的方法与过去制备方法显著不同的是，在本专利技术中，介孔二氧化硅材料的制备是在常温下进行，不用大型仪器，因而成本很低，适合大规模生产。                       附图说明图1.本专利技术的实施例1的球形介孔二氧化硅材料扫描电镜照片。                     具体实施方案实施例1(1).配制氨水的水溶液，氨水的浓度为0.01摩尔/升。(2).配制阳离子表面活性剂的溶液，在步骤(1)的氨水中加入阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵，使得混合溶解后的溶液中十六烷基三甲基氯化铵的浓度为0.001摩尔/升。(3).将正硅酸乙酯加入到步骤(2)得到的混合溶液中，使混合后溶液中的正硅酸乙酯的浓度为0.005摩尔/升，继续搅拌3小时，得白色沉淀的溶液，然后离心分离、洗涤、干燥，在550℃焙烧后，得到球形介孔二氧化硅大小约500nm，比表面积为850m2/g，介孔尺寸为2.1nm。实施例2(1).配制氨水的醇水溶液，醇水体积比1∶2，氨水的浓度为0.1摩尔/升。(2).配制阳离子表面活性剂的溶液，在步骤(1)氨水的醇水溶液中加入阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵，使得混合溶解后的溶液中十六烷基三甲基溴化铵的浓度为0.5摩尔/升。(3).将正硅酸乙酯加入到步骤(2)得到的混合溶液中，使混合后的溶液中正硅酸乙酯的浓度为0.1摩尔/升，继续搅拌4小时，得白色沉淀的溶液，然后离心分离、洗涤、干燥，在600℃焙烧后，得到球形介孔二氧化硅，大小约为640nm，比表面积为1020m2/g，介孔尺寸为2.5nm。实施例3(1).配制氢氧化钠的水溶液，氢氧化钠的浓度为1摩尔/升。(2).配制阳离子表面活性剂的溶液，在步骤(1)的氢氧化钠的水溶液中加入阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵，使得混合溶解后的溶液中十-->六烷基三甲基溴化铵的浓度为1.0摩尔/升。(3).将正硅酸乙酯加入步骤(2)得到的混合溶液中，使混合后的溶液中正硅酸乙酯的浓度为0.5摩尔/升，继续搅拌4小时，得白色沉淀的溶液，然后离心分离、洗涤、干燥，在600℃焙烧后，得到球形介孔二氧化硅，大小约390nm，比表面积为1130m2/g，介孔尺寸为2.4nm。实施例4(1).配制氢氧化钾的醇水溶液，醇水体积比4∶3，氢氧化钠的浓度为1摩尔/升。(2).配制阳离子表面活性剂的溶液，将阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵加入到步骤(1)的氢氧化钾的醇水溶液中，使得混合溶解后的溶液中十六烷基三甲基氯化铵的浓度为0.1摩尔/升。(3).将正硅酸乙酯加入到步骤(2)得到的混合溶液中，使混合后的溶液中正硅酸乙酯的浓度为1.0摩尔/升，继续搅拌3小时，得白色沉淀的溶液，然后离心分离、洗涤、干燥，在700℃焙烧后，得到球形介孔二氧化硅，颗粒尺寸约为560nm，比表面积为1078m2/g，介孔尺寸为2.3nm。实施例5(1).配制氨水的醇水溶液，醇水体积比1∶20，氨水的浓度为0.05摩尔/升。(2).配制阳离子表面活性剂的溶液，将阳离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵加入到步骤(1)的氨水的醇水溶液中，使得混合溶解后的溶液中十六烷基三甲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种球形介孔二氧化硅的制备方法，其特征是：该方法包括以下步骤：（１）．配制碱的溶液，碱的浓度为０．００１～５摩尔／升；（２）．配制阳离子表面活性剂溶液，在步骤（１）的碱液中加入十六烷基三甲基卤化铵，使得混合溶解后的溶液中十六 烷基三甲基卤化铵的浓度为０．００１～５摩尔／升；（３）．将正硅酸乙酯加入到步骤（２）得到的混合溶液中，使混合后的溶液中正硅酸乙酯的浓度为０．００１～１摩尔／升，搅拌，得有沉淀的溶液，然后离心分离、洗涤、干燥，在５００～８００℃焙烧后 ，得到球形介孔二氧化硅。

【技术特征摘要】
1.一种球形介孔二氧化硅的制备方法，其特征是：该方法包括以下步骤：(1).配制碱的溶液，碱的浓度为0.001～5摩尔/升；(2).配制阳离子表面活性剂溶液，在步骤(1)的碱液中加入十六烷基三甲基卤化铵，使得混合溶解后的溶液中十六烷基三甲基卤化铵的浓度为0.001～5摩尔/升；(3).将正硅酸乙酯加入到步骤(2)得到的混合溶液中，使混合后的溶液中正硅酸乙酯的浓度为0.001～1摩尔/升，搅拌，得有沉淀的溶液，然后离心分离、洗涤、干燥，在500～800℃焙烧后，得到球形介孔二氧化硅。2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的球形介孔二氧化硅的比表面积为800～1200m2/g，介孔尺寸为2.0～3.5nm；所得到的球形介孔二氧化硅的粒径在100～700nm之间。3.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐芳琼，庞雪蕾，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]