納米二氧化硅制備

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上1.納米二氧化硅的制備方法 到目前為止，納米二氧化硅的生產(chǎn)方法主要可以分為干法和濕法兩種。干法包括氣相法和電弧法，濕法有沉淀法、溶膠-凝膠法、微乳液法、超重力反應(yīng)法和水熱合成法等。 1.1 氣相法 氣相法多以四氯化硅為原料，采用四氯化硅氣體在氫氧氣流高溫下水解制得煙霧狀的二氧化硅。 2H2+ O2 2H2O SiCl4+ 2H2O SiO2+4HCl 2H2+ O2+SiCl4 SiO2+4HCl1.2 沉淀法 1.2.1沉淀法是硅酸鹽通過(guò)酸化獲得疏松、細(xì)分散的、以絮狀結(jié)構(gòu)沉淀出來(lái)的 SiO2晶體。 Na2SiO3+HCl H2SO3+NaCl H2SO3 SiO2+

2、 H2O 該法原料易得，生產(chǎn)流程簡(jiǎn)單，能耗低，投資少，但是產(chǎn)品質(zhì)量不如采用氣相法和凝膠法的產(chǎn)品好。目前，沉淀法制備二氧化硅技術(shù)包括以下幾類： （1）在有機(jī)溶劑中制備高分散性能的二氧化硅； （2）酸化劑與硅酸鹽水溶液反應(yīng)，沉降物經(jīng)分離、干燥制備二氧化硅； （3）堿金屬硅酸鹽與無(wú)機(jī)酸混和形成二氧化硅水溶膠，再轉(zhuǎn)變?yōu)槟z顆粒，經(jīng)干燥、熱水洗滌、再干燥，鍛燒制得二氧化硅； （4）水玻璃的碳酸化制備二氧化硅； （5）通過(guò)噴霧造粒制備邊緣平滑非球形二氧化硅。 1.2.2實(shí)驗(yàn)部分以Na2SiO3·9H2O為原料“濃H2SO4”為酸試劑"采用化學(xué)沉淀法制備納米二氧化硅。(1)原料與試劑：水

3、合硅酸鈉，分析純，無(wú)錫市亞盛化工有限公司；濃硫酸，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；無(wú)水硫酸鈉，分析純，無(wú)錫市亞盛化工有限公司；聚乙二醇(PEG)6000，分析純，無(wú)錫市亞盛化工有限公司。(2)設(shè)備與分析儀器：Avatar360型傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)儀，KBr壓片，美國(guó)；D/Max型X射線粉末衍射儀，日本理學(xué)公司；TEM-2010型高分辨率透射電鏡(TEM)，日本日立公司；HPPS5001激光粒度分析儀，英國(guó)Malvern公司；S-570型掃描電鏡(SEM)，日本日立公司；紫外可見(jiàn)光吸收儀(UV-Vis)，日本日立公司；WDT-20，KCS-20型萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，深圳凱強(qiáng)利試驗(yàn)儀器有限

4、公司；磁力攪拌器、分析天平、抽濾瓶、烘箱、馬弗爐。(3)條件實(shí)驗(yàn)稱取一定量Na2SiO3·9H2O放入三頸瓶中，加入適量的蒸餾水使其完全溶解，然后向三頸瓶中慢慢滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%98%的濃H2SO4，并同時(shí)加入分散劑Na2SO4溶液和表面活性劑PEG6000，在反應(yīng)的同時(shí)需要進(jìn)行攪拌。在反應(yīng)結(jié)束后繼續(xù)滴加濃H2SO4同時(shí)加入分散劑。將反應(yīng)的漿料在三頸瓶中熟化1h。 熟化后的反應(yīng)物進(jìn)行抽濾洗滌，反復(fù)洗滌數(shù)次，直至檢測(cè)不出SO42-為止，將反應(yīng)物抽濾成為粗時(shí)間，脫水的濾餅。將濾餅放入烘箱中80烘干。把烘干的產(chǎn)物放入馬弗爐中450煅燒，最后將煅燒后的產(chǎn)物研磨成粉末。1.3 凝膠法凝膠法是

5、加入酸使堿度降低從而誘發(fā)硅酸根的聚合反應(yīng)，使體系中以膠態(tài)粒子形式存在的高聚態(tài)硅酸根離子粒徑不斷增大，形成具有乳光特征的硅溶膠。成溶膠后, 隨著體系pH值的進(jìn)一步降低，吸附 OH- 帶負(fù)電荷的SiO2膠粒的電動(dòng)電位也相應(yīng)降低,，膠粒穩(wěn)定性減小, SiO2膠粒便通過(guò)表面吸附的水合 Na+的橋聯(lián)作用而凝聚形成硅凝膠，去水即得納米粉。該法原料與沉淀法相同, 只是不直接生成沉淀，而是形成凝膠，然后干燥脫水，產(chǎn)品特性類似于干法產(chǎn)品, 價(jià)格又比干法產(chǎn)品便宜, 但工藝較沉淀法復(fù)雜, 成本亦高。該法應(yīng)用較少。郭宇等用溶膠- 凝膠法制備納米二氧化硅, 在氨水作為催化劑 pH 值控制到 56, 焙燒溫度控制在 60

6、0時(shí)得到的樣品最好, 粒徑在14nm 左右, 分散均勻、外周圓形, 基本達(dá)到了生產(chǎn)中所需達(dá)到的工業(yè)指標(biāo)。1.4 Sol-Gel 法 Sol-Gel 技術(shù)由于其自身獨(dú)有的特點(diǎn)成為當(dāng)今重要的一種制備 SiO2材料的方法。Sol-Gel 法是以無(wú)機(jī)鹽或金屬醇鹽為前驅(qū)物(Precursor)，經(jīng)水解縮聚過(guò)程逐漸凝膠化、然后經(jīng)過(guò)一定的后處理(陳化、干燥)得到所需的材料。正硅酸四乙酯(TEOS)在酸性條件下會(huì)產(chǎn)生玻璃態(tài)的 SiO2。用 Sol-Gel 法反應(yīng)溫度較其他方法低，能形成亞穩(wěn)態(tài)化合物，具有納米粒子的晶型、粒度可控，且粒子均勻度高，純度高，反應(yīng)過(guò)程易控制，副反應(yīng)少、分相，并可避免結(jié)晶等優(yōu)點(diǎn)。從同一

7、種原料出發(fā)，改變工藝過(guò)程即可獲得不同的產(chǎn)品。該法原料與沉淀法相同，只是不直接生成沉淀，而是形成凝膠，然后干燥脫水。產(chǎn)品特性類似于干法產(chǎn)品，價(jià)格又比干法產(chǎn)品便宜，但工藝較沉淀法復(fù)雜，成本亦高。1.5 水熱合成法 水熱反應(yīng)是高溫高壓下，在水溶液或蒸汽等流體中進(jìn)行有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的總稱。水熱反應(yīng)法是利用水熱反應(yīng)制備粉體的一種方法，它為各種前驅(qū)物的反應(yīng)和結(jié)晶提供了一個(gè)在常壓條件下無(wú)法得到的、特殊的物理和化學(xué)環(huán)境。粉體的形成經(jīng)歷了溶解、結(jié)晶過(guò)程。該法的特點(diǎn)是粒子純度高、分散性好、晶型好且大小可控，但是對(duì)設(shè)備要求高，操作復(fù)雜，能耗較大。1.6 超重力反應(yīng)法 超重力技術(shù)，即旋轉(zhuǎn)填充床（RPB）技術(shù)，是近年來(lái)興起

8、的強(qiáng)化傳遞與反應(yīng)的高新技術(shù)。利用旋轉(zhuǎn)填料床中產(chǎn)生的強(qiáng)大離心力超重力環(huán)境，使氣液的流速及填料的比表面積大大提高而不液泛。液體在高分散、高湍動(dòng)、強(qiáng)混合以及界面急速更新的情況下與氣體以極大的相對(duì)速度在彎曲孔道中逆向接觸，極大地強(qiáng)化了傳質(zhì)過(guò)程。1.7 微乳法1.7.1微乳液法，又稱反相膠束法，是液相制備法中的較為新穎的一種手段。金屬鹽和一定的沉淀劑形成微乳狀液，在較小的微區(qū)內(nèi)控制膠粒成核和生長(zhǎng)，熱處理后得到納米粒子。由于水相在反膠團(tuán)微乳液中以極小的液滴形式分布在油相中，形成了彼此分離的微區(qū)。如果將顆粒的形成空間限定于反膠團(tuán)微乳液的內(nèi)部，那么粒子的大小、形態(tài)、化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)等都將受到微乳體系的組成與結(jié)構(gòu)

9、的顯著影響，從而為實(shí)現(xiàn)超微團(tuán)粒子尺寸的人為調(diào)控提供的條件。 1.7.2實(shí)驗(yàn)部分(1)主要試劑：所用的硅酸鈉(Na2SiO3·9H2O)、聚乙二醇辛基苯醚(OP乳化劑)、正戊醇環(huán)己烷、濃硫酸、無(wú)水乙醇、正辛烷、Ba(N仇):等均為分析純,溶液用去離子水配制。(2)微乳液的制備：將表面活性劑溶于有機(jī)溶劑中,均勻攪拌。再將水在攪拌下慢慢滴加到上述溶液中,邊滴加邊觀察溶液狀態(tài)的變化,當(dāng)溶液呈透明或半透明狀、穩(wěn)定程度高時(shí),即可認(rèn)為形成了微乳液。(3)納米510:粒子的制備：在以O(shè)P乳化劑為表面活性劑,正戊醇為助表面活性劑,環(huán)己烷為油相的體系中加人配制好的硅酸鈉水溶液:分別制得含有不同濃度反應(yīng)物

10、微乳液體系。往微乳液體系中均速滴加濃硫酸并不斷攪拌,當(dāng)體系巧值達(dá)到1-2時(shí),反應(yīng)一段時(shí)間使反應(yīng)充分進(jìn)行。將反應(yīng)后的產(chǎn)物用無(wú)水乙醇的水溶液充分洗滌,直至用Ba(NO3):溶液檢測(cè)洗滌液無(wú)白色沉淀。將洗滌產(chǎn)物分別經(jīng)共沸蒸餾和真空干燥后,在馬弗爐內(nèi)高溫焙燒數(shù)小時(shí),即得到白色5102納米粉末。1.8 新工藝1.8.1加入表面活性劑并增加了醇洗的納米SiO2制備新工藝方法,這個(gè)方法是在NaCl溶液中,Na2SiO3溶液和硫酸反應(yīng),經(jīng)過(guò)加熱,快速攪拌,堿性水洗,烘箱干燥等操作,生成比表面積和孔容積都較大的納米二氧化硅。1.8.2試驗(yàn)部分(1)試劑與試驗(yàn)儀器試劑：硅酸鈉(AR，天津化學(xué)試劑三廠)、濃硫酸(A

11、R，天津化學(xué)試劑三廠)、氯化鈉(AR，天津市化學(xué)試劑公司)。儀器：磁力攪拌器、分析天平、燒杯、抽濾瓶、真空泵、干燥器、烘箱。(2)條件實(shí)驗(yàn)：配制15.00%NaCl溶液。即用天平稱量150.00NaCl固體,然后用蒸餾水沖稀至1。用同樣的方法配制6.00% Na2SiO3溶液。配制8.00%H2SO4溶液。配制NaCl+ Na2SiO3溶液在快速攪拌下將1206.00% Na2SiO3溶液滴加到8015.00%NaCl溶液中。制備試驗(yàn)：將NaCl與Na2SiO3的混合溶液放在磁力攪拌器上的燒杯中,接通電源,打開開關(guān),使磁力棒在燒杯內(nèi)勻速的轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)達(dá)到一定速度后,滴加8.00% H2SO4溶液,

12、并用試紙測(cè)pH值,當(dāng)溶液pH達(dá)到9時(shí),停止滴加硫酸溶液,攪拌10min后再滴加硫酸至pH=6,攪拌10min,再滴加酸至pH=3。此時(shí)停止加酸,將溶液溫度升至70 ,熟化1h。用事先準(zhǔn)備好的過(guò)濾設(shè)備過(guò)濾、水洗至檢不出SO42-;再用乙醇洗23次。80烘干。制備的樣品密封,待測(cè)物化數(shù)據(jù)。對(duì)應(yīng)試驗(yàn)按照(4)做4.00%,6.00%,8.00% Na2SiO3和6.00%,8.00%,10.00% H2SO4的條件實(shí)驗(yàn)九組。反應(yīng)后熟化時(shí)間,水洗次數(shù)，醇洗次數(shù)與(4)條件試驗(yàn)一致。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：濃度為8%的Na2SiO3和濃度為10%的H2SO4反應(yīng)后得到的產(chǎn)品最多。1.螯合型介孔二氧化硅吸附鉛離子 將

13、50.0g硅酸鈉（Na2SiO3）溶解于 60mL蒸餾水，并將12.8g十六烷基三甲基溴化銨表面活性劑（CTAB）溶解在 40mL蒸餾水中，用稀鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值至 10.0，攪拌至溶液變?yōu)檎吵淼陌咨芤?。置于反?yīng)釜中，在烘箱中130下晶化 48 小時(shí)，待降至室溫，溶液取出后，用蒸餾水洗滌，干燥后將所得樣品置于馬弗爐中 550下煅燒 6 小時(shí)，冷卻至室溫，得到白色固體粉末MCM-41 介孔二氧化硅。然后，采用兩步修飾法用氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）和溴乙酸（BrCH2COOH）對(duì)介孔二氧化硅進(jìn)行修飾：（1）將 1.0g煅燒過(guò)的介孔二氧化硅在 180下活化 5 小時(shí)后，置于50mL甲苯溶劑中

14、，加入 1.0mL APTES，在N2保護(hù)下，130反應(yīng) 48 小時(shí)，過(guò)濾，使用用乙醇、乙醚進(jìn)行洗滌，得到白色粉末氨基修飾的介孔二氧化硅，室溫下干燥，備用（2）將 2.0g溴代乙酸（BrCH2COOH ）溶于 20.0mL 去離子水中，用2.0M Na2CO3將pH值調(diào)至中性，加入 0.50g氨基修飾的介孔二氧化硅，再次使用 2.0M Na2CO3調(diào)節(jié)pH值至中性，再加入 2 倍體積的pH7.4 的緩沖溶液，攪拌 48 小時(shí)，過(guò)濾，使用去蒸餾水、乙醇、乙醚洗滌，得到白色粉末螯合修飾的介孔二氧化硅（Chelate-MCM-41）。 鉛離子溶液是以Pb(CH2COO)2配制成 1.0mg/mL儲(chǔ)備液，再準(zhǔn)確稀釋到10.0mg/L、20.0mg/L、50.0mg/L、100mg/L、200mg/L等各種濃度。每次取一定濃度的含鉛離子溶液，以 2.0g/L投加量加入Chelate-MCM-41，調(diào)節(jié)pH值，吸附一定時(shí)間后用