CN105000567A - 一种高分散纳米二氧化硅的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高分散纳米二氧化硅的制备方法，首先配制成浓度为0.1～1.0mol/L的硅酸钠溶液，加入相对于硅酸钠溶液质量8％～20％的热可逆凝胶，搅拌至溶解后，加热体系至50～90℃，缓慢滴加浓度为0.5～2mol/L的酸化剂溶液，直至pH值为6～10，于下反应0.1～2h；所得沉淀抽滤，洗涤，干燥，得到粒径均一的高分散纳米二氧化硅。本发明制备方法简单易行、成本低廉，所制备二氧化硅粒径分布均匀，分散性好，适用于工业生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种高分散纳米二氧化硅制备方法，属于纳米材料制备领域。
背景技术
纳米二氧化硅为无定型白色粉末，是一种无毒、无味、无污染的材料，也是目前世界上大规模生产的一种纳米粉体材料。作为一种优良的结构和功能材料，纳米二氧化硅具有高表面活性、高比表面积、低比重、耐高温、耐腐蚀等特点且具有许多独特的性能和广泛的应用前景,如特殊的光电特性、高磁阻现象、非线性电阻现象,高温下仍具有高强、高韧、稳定性好等特性。纳米二氧化硅还具有对抗紫外线的光学性能，并可提高材料的抗老化性和耐化学性，将纳米二氧化硅分散在材料中，可提高材料的强度。
近年来,随着纳米二氧化硅制备技术的发展及改性研究的深入，纳米二氧化硅在橡胶、塑料、涂料、功能材料、通讯、电子、生物学以及医学等诸多领域得到了广泛的应用。
目前,纳米二氧化硅主要制备方法有以硅烷卤化物为原料的气相法、以硅酸钠和无机酸为原料的化学沉淀法以及以硅酸酯等为原料的溶胶-凝胶法和微乳液法等。在这些方法中，气相法原料昂贵，设备要求高，生产流程长，能耗大。而溶胶-凝胶法原料昂贵，制备时间长，微乳液法成本高、有机物难以去除易对环境造成污染。与上述三种方法相比，化学沉淀法具有原料来源广泛、价廉，能耗小，工艺简单，易于工业化等优点，但同时也存在产品粒径大或分布范围较宽的问题。粒度小、分布窄、纯度高、分散性好、比表面积大的纳米二氧化硅。本发明在化学沉淀法的基础上，利用一种热可逆凝胶的限域作用，使纳米二氧化硅颗粒的团聚和形貌得到较好的控制，具有良好的应用前景。
发明内容
本发明提供一种高分散纳米二氧化硅的制备方法，为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
(1)配置浓度为0.1～1.0mol/L的硅酸盐溶液，向其中加入相对于硅酸盐溶液质量6％～20％的热可逆凝胶，继续搅拌0.5～4h，使热可逆凝胶完全溶解；
(2)将体系温度加热至50～90℃，此时热可逆凝胶发生凝胶化现象，搅拌下向上述溶液中缓慢滴入浓度为0.5～2mol/L的酸化剂溶液，用酸度计记录体系pH值的变化，直到混合液pH值达到6～10，继续搅拌下反应0.1～2h，生成前驱体沉淀；
(3)将所得前驱体抽滤，将滤饼在去离子水中超声分散，再次抽滤，洗涤，重复至热可逆凝胶完全洗去，室温下真空干燥2～5h，得到高分散纳米SiO2。
本发明中，所述硅酸盐溶液为硅酸钠的水溶液，其浓度为0.4～0.6mol/L。所述热可逆凝胶为甲基纤维素或羧丙基甲基纤维素，其加入量优选为相对于硅酸钠溶液质量的8％。所述酸化剂为盐酸、硫酸、硝酸、乙酸或氯化铵的一种，加入酸化剂后混合液pH值优选7～9。所述反应时间优选0.3～1h，搅拌速率为300～800r/min。
与已有的化学沉淀法制备二氧化硅的方法相比，本发明采用一种热可逆凝胶，其溶解于冷水或常温水中，当水溶液加热后，达某一特定温度时即产生胶凝现象，当凝胶冷却时，凝胶再次转变为溶液。因此在此体系中，当反应加热到一定温度时，加入的热可逆凝胶发生凝胶化现象，使反应局限在凝胶网格中,这样沉淀物的增长空间就局限于凝胶网格中,，且不易聚集，从而制备出高分散纳米二氧化硅粉体。当反应结束时，体系冷却，凝胶再次转变为溶液，从而可以通过抽滤与沉淀分离。该方法过程简单、反应易于进行、不加入常规沉淀法所需加入的表面活性剂及分散剂，无需焙烧过程，能耗小、粒径分布均匀等，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为实施例1所制备的高分散纳米二氧化硅的XRD图。
图2为实施例1所制备的高分散纳米二氧化硅的的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
实施例1
称取11.37g硅酸钠，配置成100ml浓度为0.4mol/L的硅酸钠溶液，向其中加入8.91g甲基纤维素，继续搅拌2h，使甲基纤维素完全溶解。将体系温度加热至80℃，以300rpm的转速恒速搅拌下向上述溶液中缓慢滴入浓度为1.5mol/L的氯化铵溶液，用酸度计记录体系pH值的变化，直到混合液pH值达到8.5，继续搅拌下反应30min，生成前驱体沉淀，将所得前驱体抽滤，将滤饼在去离子水中超声分散，再次抽滤，洗涤，重复至完全洗去甲基纤维素，室温下真空干燥5h，得到高分散纳米SiO2。
图1为实施例1所制备的高分散纳米二氧化硅的XRD图，图2为实施例1所制备的高分散纳米二氧化硅的的扫描电子显微镜图。从图1和图2可以明显看出，采用本发明的制备方法所获得的纳米二氧化硅具有非常良好的分散性。
实施例2
称取17.05g硅酸钠，配置成100ml浓度为0.6mol/L的硅酸钠溶液，向其中加入11.7g羧丙基甲基纤维素，继续搅拌4h，使羧丙基甲基纤维素完全溶解。将体系温度加热至70℃，以800rpm的转速恒速搅拌下向上述溶液中缓慢滴入浓度为1.2mol/L的盐酸溶液，用酸度计记录体系pH值的变化，直到混合液pH值达到9，继续搅拌下反应20min，生成前驱体沉淀，将所得前驱体抽滤，将滤饼在去离子水中超声分散，再次抽滤，洗涤，重复至完全洗去羧丙基甲基纤维素，室温下真空干燥3h，得到高分散纳米SiO2。
实施例3
称取17.05g硅酸钠，配置成100ml浓度为0.6mol/L的硅酸钠溶液，向其中加入11.7g甲基纤维素，继续搅拌2h，使甲基纤维素完全溶解。将体系温度加热至50℃，以600rpm的转速恒速搅拌下向上述溶液中缓慢滴入乙酸，用酸度计记录体系pH值的变化，直到混合液pH值达到7，继续搅拌下反应2h，生成前驱体沉淀，将所得前驱体抽滤，将滤饼在去离子水中超声分散，再次抽滤，洗涤，重复至完全洗去甲基纤维素，室温下真空干燥5h，得到高分散纳米SiO2。
以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化和替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高分散纳米二氧化硅的制备方法，依次由以下步骤组成：
a)配置浓度为0.1～1.0mol/L的硅酸盐溶液，向其中加入相对于硅酸盐溶液质量6％～20％的热可逆凝胶，继续搅拌0.5～4h，使热可逆凝胶完全溶解；
b)将体系温度加热至50～90℃，此时热可逆凝胶发生凝胶化现象，搅拌下向上述溶液中缓慢滴入浓度为0.5～2mol/L的酸化剂溶液，用酸度计记录体系pH值的变化，直到混合液pH值达到6～10，继续搅拌下反应0.1～2h，生成前驱体沉淀；
c)将所得前驱体抽滤，将滤饼在去离子水中超声分散，再次抽滤，洗涤，重复至热可逆凝胶完全洗去，室温下真空干燥2～5h，得到高分散纳米SiO2。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅酸盐溶液为硅酸钠的水溶液。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述硅酸钠溶液浓度为0.4～0.6mol/L。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热可逆凝胶为甲基纤维素或羧丙基甲基纤维素。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热可逆凝胶加入量为相对于硅酸钠溶液质量的8％。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b)所述酸化剂为盐酸、硫酸、硝酸、乙酸或氯化铵的一种。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，加入酸化剂后混合液pH值为7～9。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应时间为0.3～1h。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述搅拌速率为300～800r/min。
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