單分散納米二氧化硅的制備研究進展

1、<p>　　單分散納米二氧化硅的制備研究進展</p><p>　　[摘 要]介紹了目前常用的單分散納米二氧化硅粒子的制備方法，闡述了各方法的制備機理，并總結(jié)了各方法目前的研究進展。最后對單分散納米二氧化硅的制備前景進行了展望。 </p><p>　　[關鍵詞]納米二氧化硅；單分散；制備方法 </p><p>　　中圖分類號：O613.72 文獻標識碼：A

2、文章編號：1009-914X（2015）35-0345-01 </p><p><b>　　前言 </b></p><p>　　作為最為被人熟悉和應用的單分散納米粒子，納米SiO2因其獨特的光學、機械以及良好的分散和粘合能力，得到了人們在橡膠塑料、涂料、復合納米粒子、多孔材料等眾多領域的廣泛應用。目前，研究較多的制備方法主要有經(jīng)典St？ber法、微乳液法、硅溶解法和離

3、子交換法等。 </p><p>　　1 單分散納米二氧化硅的制備 </p><p>　　1.1 經(jīng)典St？ber法 </p><p>　　1.1.1制備方法及原理 </p><p>　　St？ber等人進行了較為系統(tǒng)的研究和討論分析，整個過程可以概括為水解和縮合兩部分： </p><p><b>　?、偎猓?/p>

4、②縮合： </b></p><p>　　單分散二氧化硅粒子的形成機理如圖1-1所示： </p><p>　　1.1.2研究進展 </p><p>　　董鵬[1]等對反應過程中正硅酸乙酯的水解動力學、硅酸聚合的動力學、二氧化硅粒子的生長機制和新核的產(chǎn)生規(guī)律等都做了考察，并據(jù)此完善了一種連續(xù)法生長單分散顆粒的技術(shù)。趙麗等[2]通過實驗考察了氨催化下的TEOS

5、在醇/水混合溶劑中水解反應的多個影響因素對所制備的二氧化硅的形貌和大小的影響，并仔細討論和研究了不同反應條件影響下的粒子形成機理和動力學特點。 </p><p><b>　　1.2 微乳液法 </b></p><p>　　1.2.1制備方法及原理 </p><p>　　其一般方法是反應物通過微乳液中的膠束表面滲透擴散并反應生長，最終得到單分散納

6、米粒子。在微乳液法中，改變體系配方是一個主要因素，除此之外，還可以調(diào)節(jié)水與原料硅源或體系中表面活度劑的分子數(shù)之比，來實現(xiàn)對產(chǎn)物二氧化硅粒子的形貌、分散性、大小的有效控制。 </p><p>　　1.2.2研究進展 </p><p>　　徐磊[3]等人實現(xiàn)了對二氧化硅粒子尺寸大小的調(diào)控，并考察了原料水玻璃的選擇、乳化劑用量和種類等對乳液的形成以及制得二氧化硅粒度大小和分布的影響。陳小泉等[4

7、]在Tween60/環(huán)己烷與 Span80/硝酸溶液兩種不同的體系中，研究了水解正硅酸乙酯TEOS的實驗，并最終成功合成了100～500 nm的單分散二氧化硅粒子。 </p><p><b>　　1.3 硅溶解法 </b></p><p>　　1.3.1制備方法及原理 </p><p>　　硅溶解法是一種利用水與單質(zhì)硅作原料，并以堿作為催化劑加

8、熱溶解來制備二氧化硅粒子的反應。這個方法的優(yōu)點是，單質(zhì)硅一步反應完成得到二氧化硅粒子，避免了反應過程中可能的雜質(zhì)引入，得到的粒子較為純凈，且粒子外形的球形度好，產(chǎn)品的粒徑、pH值、濃度等指標易控制。 </p><p>　　1.3.2 研究進展 </p><p>　　姜德源等[5]用200目的純單質(zhì)硅粉作原料，用NaOH稀溶液作為催化劑，在95℃左右的溫度下加熱攪拌，得到質(zhì)量濃度在30%左右

9、的硅溶膠。Joseph.H Balthis等[6]利用有機堿（如多碳脂環(huán)胺和脂肪胺）作為催化劑制備得到了穩(wěn)定的20nm以下的二氧化硅粒子，并成功申請了專利。 </p><p>　　1.4 離子交換法 </p><p>　　1.4.1制備方法及原理 </p><p>　　離子交換法是一個以水玻璃制備二氧化硅的過程，主要包括：（1） 原料預處理，進行離子交換制備活性硅酸

10、；（2） 活性硅酸加熱制備母核；（3）連續(xù)進料活性硅酸，制備單分散二氧化硅粒子。 </p><p>　　由于硅酸在不同酸堿性溶液中的存在的配位形式不同，因此其相互之間的聚合機理也不盡相同。 </p><p>　　1.4.2研究進展 </p><p>　　在專利US3440174中Albrecht[7]等通過控制進料向低濃度的硅溶膠原料中滴加活性硅酸，利用間歇式一步法

11、，成功得到了質(zhì)量分數(shù)為35%、粒徑范圍為45nm～100nm的大粒徑二氧化硅溶膠。在國內(nèi)，許念強等[8]通過離子交換法，在高溫高壓條件下制得了高濃度的酸性硅溶膠；并在之后改進了方法，避免了高溫和高壓的苛刻條件，而采用相對簡單且易控制的滴加工藝來制備硅溶膠的方法。 </p><p>　　2 國內(nèi)外納米二氧化硅制備研究現(xiàn)狀 </p><p>　　2.1 國外研究發(fā)展與現(xiàn)狀 </p>

12、<p>　　在國外，二氧化硅粒子的制備發(fā)展較快。首先，美國的杜邦公司于二十世紀中葉通過離子交換法制備出了粒徑范圍在10nm～15nm的硅溶膠開啟了批量生產(chǎn)硅溶膠的工業(yè)化道路。 </p><p>　　早期的研究，多為高溫高壓下，條件和裝置較為復雜，反應條件苛刻，因此不適宜工業(yè)化生產(chǎn)。但隨著科學技術(shù)的進步，到本世紀末，國外生產(chǎn)硅溶膠的工藝已經(jīng)較成熟，如美國杜邦公司、Nissan Chemical Ame

13、rica、AKZO NOBEL等國際公司，已經(jīng)能夠大批量的生產(chǎn)大顆粒、高濃度、性質(zhì)穩(wěn)定的硅溶膠，其產(chǎn)品近年來在國際市場有著很大的需求量，并開始紛紛進入我國的國內(nèi)市場。 </p><p>　　2.2 國內(nèi)研究發(fā)展與現(xiàn)狀 </p><p>　　我國二氧化硅粒子的研制和生產(chǎn)起步較晚，始于二十世紀五十年代。近年來，國內(nèi)的科研工作者在單分散二氧化硅制備方面有了一定的研究進展和成果，同時實現(xiàn)了納米二氧

14、化硅的工業(yè)生產(chǎn)。但目前，我國生產(chǎn)硅溶膠的公司大約只有三十家左右，其中年產(chǎn)量超過萬噸級的的僅有三家。 </p><p>　　雖然取得了一些可喜的進展，但是不可否認的是，國內(nèi)各研究單位和生產(chǎn)公司所制備的二氧化硅與國外相比仍有很大的差距，粒徑小、分散度差仍是急需解決的關鍵問題，尋求廉價且高效的實驗方法也是國內(nèi)學者一直努力的目標。二氧化硅顆粒產(chǎn)品的分散性差、尺寸規(guī)格少、穩(wěn)定性不佳等缺點一直是制約我國二氧化硅產(chǎn)業(yè)走向國際市

15、場的主要因素。 </p><p><b>　　3 展望 </b></p><p>　　單分散納米二氧化硅粒子，因其優(yōu)良的性質(zhì)，一直被人們大量生產(chǎn)和應用。但是目前國內(nèi)所能制備的納米二氧化硅粒子存在著粒徑較小、大小不均一、穩(wěn)定性不佳等一系列的問題，制約了其應用。在今后的研究工作中，需要找出制備單分散二氧化硅粒子的最優(yōu)實驗條件和關鍵影響因素，著重提高粒子的單分散性和粒徑，從

16、而在將來拓寬其發(fā)展和應用。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] 董鵬.由硅溶膠生長單分散顆粒的研究[J].物理化學學報，1998，14（2）：109-114. </p><p>　　[2] 趙麗，余家國，程蓓，等.單分散二氧化硅球形顆粒的制備與形成機理[J].化學學報，2003，61（4）：562-56

17、6. </p><p>　　[3] 徐磊.可控粒度球形二氧化硅制備研究[D].南京：南京理工大學，2007. </p><p>　　[4] 陳小泉，古國榜.W/O微乳體系酸催化水解硅酸乙酯合成單分散酸性超微二氧化硅[J].現(xiàn)代化工，2002，22 （3）：26-30. </p><p>　　[5] 姜德源，劉繼紅.硅粉溶解法制備硅溶膠的新工藝[J].哈爾濱師范大學自

18、然科學學報，1998，14（1）：56-59. </p><p>　　[6] Balthis J H.Preparation of silica sols from finely divided silicon[P]. 美國專利：US 2614994， 1952-10-21 </p><p>　　[7] William L A.Method of making silica sols co