单分散介孔二氧化硅中空纳米微球与制备方法技术

本发明专利技术涉及一种单分散介孔二氧化硅中空纳米微球与制备方法，它的原料的质量组成为：正硅酸乙酯１００份，正辛胺４０～６０份，吐温５～１５份，无机钠盐或钾盐１．０～３．０份，蒸馏水５００份。在超声波的作用下快速制备出介孔二氧化硅中空纳米微球，该方法工艺简单，制备时间非常短，经该方法制成的介孔二氧化硅中空纳米微球粒径范围为４０～２００ｎｍ、比表面积为９８０．４～１２７２．６ｍ２／ｇ，可广泛应用于低介电常数或轻质复合材料的制备、药物的控制释放、催化剂的载体、新型自组装材料等领域，而且在染料、化妆品等领域还有着广泛应用潜力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，具体涉及到一种 利用超声波和分散剂在碱性条件下快速制备单分散介孔二氧化硅中空纳米微球的方法。
技术介绍
介孔二氧化硅中空微球是一种内部具有空腔、球壳上具有介孔孔道的无机材料。 因其密度低、导电系数低、热力学稳定性高，具有孔道和较高的比表面积可广泛应用于催 化剂载体、药物控制释放、有毒物质的吸附、色谱分析、轻质复合材料、低介电常数复合材 料的制备等领域。自1992年Kresge等人在Nature杂志上首次报道了一种名为MCM-41 的有序介孔二氧化硅材料，介孔二氧化硅的研究迅速成为国际上的热点。因介孔二氧化 硅中空微球，尤其是介孔二氧化硅中空纳米微球具有更大的比表面积，近年来更是被各 国科学家广泛研究。目前介孔二氧化硅中空微球主要通过采用硅源、模板利用机械搅拌 的方式合成，专利W09740105和CN101274246通过以正硅酸乙酯为硅源，碳酸钙粉末为 模板先制备出碳酸钙/ 二氧化硅核壳材料，再通过煅烧和稀盐酸浸泡处理得到二氧化硅 中空微球。除采用无机硬模板外，二氧化硅空心微珠中空微球的制备也可采用表面活性 剂(如十六烷基三甲基溴化铵和3-氨丙基三甲氧基硅烷)等有机粒子或微乳液等软模 板，如专利 CN1994879、CN1944251、CN1864846、CN101391776、CN101343065、CN101214965、 CN101475183、CN101318550、CN1994879中所述，但这些方法制备时间较长，一般长达数小时 甚至数十小时，产品粒径分布宽或团聚严重。与其它模板相比，利用囊泡模板制备介孔二 氧化硅中空微球具有时间短、效率高、反应物少、简单易行等优点，Kosuge K、Cheng X、Liu S等在此领域做了大量的工作，以正硅酸乙酯或正硅酸丁酯为硅源，以正辛胺等胺类化合物 为模板利用磁力转子或机械搅拌成功的制备出了形貌较好的介孔二氧化硅中空微球，但此 类方法都是用稀酸作为催化水解剂，且制备出来的微球粒径较大、粒径分布范围较宽、比表 面积较小。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，在超 声波辐射的条件下，以无机钠盐或钾盐为水解助剂，以吐温为分散剂(改善微球粒径分布 范围和降低制备过程中微球的表面活化能、抑制颗粒间的相互团聚)，快速制备出内层包含 有正辛胺模板的二氧化硅中空纳米微球，然后将其放置在马弗炉中煅烧去掉有机模板而成 的单分散性、均勻粒径、高比表面积的介孔二氧化硅中空纳米微球，本专利技术工艺简单，制备 周期短，产品质量好。本专利技术提供的一种单分散介孔二氧化硅中空纳米微球的原料的质量组成为正硅酸乙酯100份正辛胺40 60份吐温205 15份无机钠盐或钾盐1. 0 3. 0份3蒸馏水500份以无机钠盐或钾盐中的一种代替常用的酸类催化水解剂作为水解助剂，其中钠盐 为氯化钠、硫酸钠、碳酸钠、硝酸钠、醋酸钠，钾盐为氯化钾、硫酸钾、硝酸钾、碳酸钾、醋酸 钾；以吐温为分散剂，其中吐温为吐温20，吐温60，吐温80，吐温85中的一种；本专利技术提供的一种单分散介孔二氧化硅中空纳米微球的方法包括以下步骤1)按计量将正硅酸乙酯、正辛胺、吐温在超声波辐射下充分混合10分钟后加入按 计量混合好的钠盐或钾盐稀溶液，将超声波发生器功率控制为50W 100W，制备时间控制 为5分钟，然后将白色产品过滤、经丙酮洗涤、干燥后即得内层包含正辛胺模板的二氧化硅 中空纳米微球。2)将此包含正辛胺模板的二氧化硅中空纳米微珠放置在马佛炉中于600 650°C 的温度下煅烧1小时后，即得具有单分散性、均勻粒径、高比表面积的介孔二氧化硅中空纳 米微球。本专利技术以无机钠盐或钾盐为水解助剂，以吐温为分散剂在超声波辐射的条件下快 速制备出介孔二氧化硅中空纳米微球，该微球具有单分散性、均勻粒径、高比表面积的特 点。本专利技术工艺简单，制备周期短，产品质量好。经该方法制成的介孔二氧化硅中空纳米微 球粒径范围为40 200nm、比表面积高达1272. 6m2/g，可广泛应用于低介电常数或轻质复 合材料的制备、药物的控制释放、催化剂的载体、新型自组装材料等领域，而且在染料、化妆 品等领域还有着广泛应用潜力。附图说明图1为实例3中介孔二氧化硅中空纳米微球的FESEM照片。图2为实例3中含有正辛胺模板二氧化硅中空纳米微球的DTG图。图3为实例3中介孔二氧化硅中空纳米微球的小角XRD图。图4为实例3中介孔二氧化硅中空纳米微球的N2吸附/脱附图。具体实施例方式实例1 将100g正硅酸乙酯、40g正辛胺、5g吐温20在超声波辐射下充分混合10 分钟，然后将1. 0g氯化钠和500g蒸馏水混合好后加入到上述混合液中，将超声波发生器功 率控制为50W，超声时间控制为5分钟，然后将白色产品过滤、丙酮洗涤、干燥后即得包含正 辛胺模板的二氧化硅中空纳米微球。将此包含正辛胺模板的二氧化硅中空纳米微球放置在 马佛炉中于600 650°C的温度下煅烧1小时后，即得具有单分散性、粒径约为40 llOnm 之间、比表面积为980. 4m2/g的介孔二氧化硅中空纳米微球。实例2 将100g正硅酸乙酯、55g正辛胺、10g吐温80在超声波辐射下充分混合10 分钟，然后将1. 5g硝酸钾和500g蒸馏水混合好后加入到上述混合液中，将超声波发生器功 率控制为50W，超声时间控制为5分钟，然后将白色产品过滤、丙酮洗涤、干燥后即得包含正 辛胺模板的二氧化硅中空纳米微球。将此包含正辛胺模板的二氧化硅中空纳米微球放置在 马佛炉中于600 650°C的温度下煅烧1小时后，即得具有单分散性、粒径约为60 200nm 之间、比表面积为1210. 6m2/g的介孔二氧化硅中空纳米微球。实例3 将100g正硅酸乙酯、64g正辛胺、8g吐温20在超声波辐射下充分混合10分钟，然后将2. 5g碳酸钾和500g蒸馏水混合好后加入到上述混合液中，将超声波发生器功 率控制为100W，超声时间控制为5分钟，然后将白色产品过滤、丙酮洗涤、干燥后即得包含 正辛胺模板的二氧化硅中空纳米微球。将此包含正辛胺模板的二氧化硅中空纳米微球放 置在马佛炉中于600 650°C的温度下煅烧1小时后，即得具有单分散性、粒径约为50 150nm之间、比表面积为1272. 6m2/g的介孔二氧化硅中空纳米微球。图1为实例3中介孔二氧化硅中空纳米微球的FESEM照片，从图中可明显看出，产 品粒径约为50 150nm之间、分散为单分散性、结构为明显的空心结构(如箭头和插图所 示)；图2为实例3中含有正辛胺模板二氧化硅中空纳米微球的DTG图，由图有，含有正辛 胺模板的二氧化硅中空纳米微球明显存在三个失重速率峰，经分析可知105°C对应的峰为 样品中游离水产生的，249°C对应的峰为正辛胺所引起的，424°C对应的峰为吐温20所引起 的。由图还可知，煅烧温度为600 650°C后，有机物完全被去除；图3为实例3中介孔二 氧化硅中空纳米微球的小角XRD图，从图可知在2 0为2. 88时出现一个衍射峰，这可证明 所得的产品的球壳是介孔结构；图4为实例3中介孔二氧化硅中空纳米微球的N2吸附/脱 附图，图中曲线呈现磁滞现象，这说明经本专利技术制备的介孔二氧化硅中空纳米微球为明显 的介孔结构，这也和图3中的小角XRD测试结果本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单分散介孔二氧化硅中空纳米微球，其特征在于它的原料的质量组成为：正硅酸乙酯１００份正辛胺４０～６０份吐温５～１５份无机钠盐或钾盐１．０～３．０份蒸馏水５００份。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许鑫华，吴湘锋，李军伟，郭美卿，逯平，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]