一种介孔二氧化硅材料的制备方法技术

本发明专利技术提供一种介孔二氧化硅材料的制备方法，其中，该方法包括：（1）在水解条件下使碱金属硅酸盐的水溶液与弱酸性阳离子交换树脂接触，得到硅溶胶；（2）在模板剂存在下，将接触所得硅溶胶进行微波辐照，以产生介孔二氧化硅原粉；（3）对微波辐照所得产物进行固液分离，去除所得介孔二氧化硅原粉中的模板剂。本发明专利技术的方法制备效率高，具有较好的工业化价值。由本发明专利技术的方法制备得到的介孔二氧化硅材料的粒径均一。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备效率高的介孔二氧化硅材料的制备方法。
技术介绍
纳米尺寸的二氧化硅材料作为油田采油、橡胶、塑料、医药、化妆品以及涂料等领域的重要填料和添加剂在工业生产中得到了广泛的应用，可以起到补强、增稠以及防老化等作用。纳米尺寸的二氧化硅材料的尺寸分布对于材料应用有较大影响。目前针对于合成二氧化硅材料的方法主要为:使碱金属硅酸盐或硅酸酯在酸性或碱性条件、存在或不存在表面活性剂(有些情况下也是模板剂)下进行水解缩合后，进行干燥、焙烧而得到。例如:(1)ZL95102373.X中公开了将硅酸酯在pH为3-4的环境、十六烷胺存在下，80-90°C、8-12小时水解缩合得到透明凝胶，将凝胶干燥、焙烧后得到粒径20-30nm的二氧化硅粉体，另外，文献US3607777和CN1456387A中公开的内容也类似于上述情况，但文献US3607777中所得到的二氧化硅的粒径为微米级，CN1456387A则合成了一种骨架孔为2-500nm、贯穿孔为0.1-20 μ m的有序介孔硅胶整体柱；(2) CN1183379A公开了在含有表面活性剂的非极性有机溶剂中分散碱金属硅酸盐的水溶液制得反胶束溶液，再将该反胶束溶液与极性有机溶剂搅拌混合得到二氧化硅颗粒的悬浮液，之后清洗并干燥得到5-20nm的二氧化硅颗粒；(3)CN1554582A公开了一种杂质含量低、平均孔径为10_50nm的介孔硅凝胶的制备方法，该方法在硫酸中加入非离子性的模板剂A (多数情况)、在碱金属硅酸盐中加入烷烃卤化铵类模板剂B，用常规造粒机在0.45MPa、45-55°C条件下将两种溶液混合进行水解缩合进而生成大量凝胶粒，然后将上述凝胶粒在60-90°C下用柠檬酸等酸性溶液以及氨水等碱性溶液依次进行浸泡改性，接着清洗凝胶粒子并用热风干燥得到介孔硅凝胶，另外，CN1618736A中公开了一种单分散纳米介孔二氧化娃分子筛的制备,该方法在含有长链烷基季铵盐作为模板剂、非离子性表面活性剂作为分散剂的弱碱性溶液中使硅酸酯或碱金属硅酸盐的水溶液分散并进行水解缩合，从而得到白色浆状沉淀，然后将沉淀过滤、干燥并焙烧得到粒径40-100nm、孔径为2_4nm的MCM-41分子筛。上述列举出的方法或多或少地存在着不足之处，如:粒径较大且分布不均匀、工艺复杂、制备条件苛刻、生产周期长等，这其中，虽然CN1618736A采用了较为温和的制备条件，但是该方法原料硅酸酯在体系中的浓度过低(质量浓度不超过10%)，大规模生产时势必造成设备体积过大，增加生产成本、能耗及污染物排放等。
技术实现思路
本专利技术针对于现有技术中的不足，目的在于提供一种制备效率高的介孔二氧化硅材料的制备方法。本专利技术提供，其中，该方法包括:(I)在水解条件下使碱金属硅酸盐的水溶液与弱酸性阳离子交换树脂接触，得到硅溶胶；(2)在模板剂存在下，将接触所得硅溶胶进行微波辐照，以产生介孔二氧化硅原粉；(3)对微波辐照所得产物进行固液分离，去除所得介孔二氧化硅原粉中的模板剂。采用本专利技术的方法，由于步骤(1)的接触产物(硅溶胶)中胶体粒子的粒径均一，由该粒径均一的胶体粒子进一步围绕模板剂进行缩合生成具有孔道结构的介孔二氧化硅材料原粉，将介孔二氧化硅材料原粉干燥并去除模板剂后或者干燥并焙烧后，即可得到粒径均一的介孔二氧化硅材料。另外，本专利技术的方法使用廉价的碱金属硅酸盐作为原料，降低生产成本；作为使碱金属硅酸盐水解生成胶体粒子的手段，由于使用了弱酸性阳离子交换树月旨，因而使操作条件温和并且便于被去除。此外，作为使胶体粒子中硅羟基缩合的手段，使用微波辐照的方法，仅通过简单设定微波辐照的功率即可模拟高温高压下的缩合过程，无需苛刻的制备条件且大幅缩短制备时间。由此可见，本专利技术的方法的制备效率高，具有较好的工业化价值。【附图说明】附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中:图1是实施例1-2与对比例I中得到介孔二氧化硅材料的XRD谱图；图2是实施例2得到的介孔二氧化硅材料的氮气吸附脱附谱图。【具体实施方式】以下对本专利技术的具体实 施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。首先，本专利技术提供，其中，该方法包括:(1)在水解条件下使碱金属硅酸盐的水溶液与弱酸性阳离子交换树脂接触，得到硅溶胶；(2)在模板剂存在下，将接触所得硅溶胶进行微波辐照，以产生介孔二氧化硅原粉；(3)对微波辐照所得产物进行固液分离，去除所得介孔二氧化硅原粉中的模板剂。在本专利技术的方法中，所述弱酸性阳离子交换树脂通过与碱金属硅酸盐的水溶液接触，可以将水溶液中处于离子状态的碱金属阳离子等金属阳离子交换为H+。在本专利技术的方法中，理论上只要弱酸性阳离子交换树脂的用量能够将碱金属硅酸盐的水溶液(碱金属元素全部解离并呈离子状态)中所有碱金属阳离子交换为H+即可，实际中弱酸性阳离子交换树脂的用量需要根据其全交换容量和待交换的碱金属阳离子的含量(可以通过碱金属硅酸盐中的碱金属元素计算而得)计算得到。弱酸性阳离子交换树脂的全交换容量取决于离子交换树脂的结构组成。在本专利技术中，不论弱酸性阳离子交换树脂的结构组成如何，均优选弱酸性阳离子交换树脂的全交换容量为5mmol/g以上，更优选为5-12mmol/g,进一步优选为7_llmmol/g。以上述全交换容量为参考,相对于所述碱金属娃酸盐中I摩尔的碱金属元素，所述弱酸性阳离子交换树脂的用量不少于85g (实际用量)。在本专利技术中，弱酸性阳离子交换树脂的实际用量通常大于根据待交换的碱金属阳离子的含量和弱酸性阳离子交换树脂的全交换容量计算得到的弱酸性阳离子交换树脂的理论用量，在该实际用量的条件下能够充分地甚至完全地将碱金属硅酸盐的水溶液中的碱金属阳离子交换为H+，并且还能够将碱金属硅酸盐的水溶液中的其它杂质金属阳离子交换去除，从而提高制备得到的硅溶胶的纯度，进而提高最终得到的介孔二氧化硅材料的纯度。另外，虽然没有明确规定所述弱酸性阳离子交换树脂的用量的上限，但顾虑到大量使用弱酸性阳离子交换树脂可能会给制备得到的介孔二氧化硅材料带来不良影响，因而在本专利技术中，以上述全交换容量为参考，相对于所述碱金属娃酸盐中I摩尔的碱金属兀素，优选弱酸性阳离子交换树脂的用量不超过200g。在优选情况下，以上述全交换容量为参考,相对于所述碱金属硅酸盐中I摩尔的碱金属元素，优选弱酸性阳离子交换树脂的用量为85-200g，更优选为100-200g。本专利技术中，全交换容量的含义已为本领域技术人员所公知，是指单位重量的弱酸性阳离子交换树脂所具有的全部交换基团的数量，可以用mmol/g表示，该全交换容量可参照厂家提供的产品参数，也可以通过滴定法测定得到。在本专利技术的方法中，对所使用的弱酸性阳离子交换树脂的结构组成没有特别的限定，所述弱酸性阳离子交换树脂可以为具有例如-COOH(羧基)、-Ρ02Η2、酚基等交换基团的弱酸性阳离子交换树脂，这些弱酸性阳离子交换树脂均具有交换碱金属阳离子的能力，并且可以通过商购得到。在优选情况下，所述弱酸性阳离子交换树脂为带有羧基的交联型树脂。所述带有羧基的交联型树脂优选为含(甲基)丙烯酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种介孔二氧化硅材料的制备方法，其特征在于，该方法包括：（1）在水解条件下使碱金属硅酸盐的水溶液与弱酸性阳离子交换树脂接触，得到硅溶胶；（2）在模板剂存在下，将接触所得硅溶胶进行微波辐照，以产生介孔二氧化硅原粉；（3）对微波辐照所得产物进行固液分离，去除所得介孔二氧化硅原粉中的模板剂。

【技术特征摘要】
1.一种介孔二氧化娃材料的制备方法,其特征在于,该方法包括: (1)在水解条件下使碱金属硅酸盐的水溶液与弱酸性阳离子交换树脂接触，得到硅溶胶； (2)在模板剂存在下，将接触所得硅溶胶进行微波辐照，以产生介孔二氧化硅原粉； (3)对微波辐照所得产物进行固液分离，去除所得介孔二氧化硅原粉中的模板剂。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述弱酸性阳离子交换树脂的全交换容量为5-12mmol/g ;相对于所述碱金属娃酸盐中I摩尔的碱金属兀素，所述弱酸性阳离子交换树脂的用量为85-200g。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述弱酸性阳离子交换树脂为带有羧基的交联型树脂。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述带有羧基的交联型树脂选自交联型聚丙烯酸树脂、交联型丙烯酸-丙烯酸酯共聚树脂、交联型丙烯酸-苯乙烯共聚树脂和交联型丙烯酸-丙烯酸酯-苯乙烯共聚树脂中的一种或多种。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张杰，杜昕，李传清，徐林，解希铭，于国柱，姜科，段海东，刘冬梅，苗玉红，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：