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酸化獲得疏松、細分散的、以絮狀結(jié)構(gòu)沉淀出來的 SiO2晶體。 Na2SiO3+HCl H2SO3+NaCl H2SO3 SiO2+

2、 H2O 該法原料易得，生產(chǎn)流程簡單，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）堿金屬硅酸鹽與無機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）通過噴霧造粒制備邊緣平滑非球形二氧化硅。 1.2.2實驗部分以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，無錫市亞盛化工有限公司；濃硫酸，分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司；無水硫酸鈉，分析純，無錫市亞盛化工有限公司；聚乙二醇(PEG)6000，分析純，無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；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Malvern公司；S-570型掃描電鏡(SEM)，日本日立公司；紫外可見光吸收儀(UV-Vis)，日本日立公司；WDT-20，KCS-20型萬能試驗機，深圳凱強利試驗儀器有限

4、公司；磁力攪拌器、分析天平、抽濾瓶、烘箱、馬弗爐。(3)條件實驗稱取一定量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)量分數(shù)為95%98%的濃H2SO4，并同時加入分散劑Na2SO4溶液和表面活性劑PEG6000，在反應(yīng)的同時需要進行攪拌。在反應(yīng)結(jié)束后繼續(xù)滴加濃H2SO4同時加入分散劑。將反應(yīng)的漿料在三頸瓶中熟化1h。 熟化后的反應(yīng)物進行抽濾洗滌，反復(fù)洗滌數(shù)次，直至檢測不出SO42-為止，將反應(yīng)物抽濾成為粗時間，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值的進一步降低，吸附 OH- 帶負電荷的SiO2膠粒的電動電位也相應(yīng)降低,，膠粒穩(wěn)定性減小, SiO2膠粒便通過表面吸附的水合 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時得到的樣品最好, 粒徑在14nm 左右, 分散均勻、外周圓形, 基本達到了生產(chǎn)中所需達到的工業(yè)指標。1.4 Sol-Gel 法 Sol-Gel 技術(shù)由于其自身獨有的特點成為當(dāng)今重要的一種制備 SiO2材料的方法。Sol-Gel 法是以無機鹽或金屬醇鹽為前驅(qū)物(Precursor)，經(jīng)水解縮聚過程逐漸凝膠化、然后經(jīng)過一定的后處理(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)過程易控制，副反應(yīng)少、分相，并可避免結(jié)晶等優(yōu)點。從同一

7、種原料出發(fā)，改變工藝過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)晶提供了一個在常壓條件下無法得到的、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)晶過程。該法的特點是粒子純度高、分散性好、晶型好且大小可控，但是對設(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)，是近年來興起

8、的強化傳遞與反應(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、強混合以及界面急速更新的情況下與氣體以極大的相對速度在彎曲孔道中逆向接觸，極大地強化了傳質(zhì)過程。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，熱處理后得到納米粒子。由于水相在反膠團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，從而為實現(xiàn)超微團粒子尺寸的人為調(diào)控提供的條件。 1.7.2實驗部分(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,即可認為形成了微乳液。(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)體系巧值達到1-2時,反應(yīng)一段時間使反應(yīng)充分進行。將反應(yīng)后的產(chǎn)物用無水乙醇的水溶液充分洗滌,直至用Ba(NO3):溶液檢測洗滌液無白色沉淀。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,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,這個方法是在NaCl溶液中,Na2SiO3溶液和硫酸反應(yīng),經(jīng)過加熱,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試驗部分(1)試劑與試驗儀器試劑：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)條件實驗：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：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,當(dāng)達到一定速度后,滴加8.00% H2SO4溶液,

12、并用試紙測pH值,當(dāng)溶液pH達到9時,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。此時停止加酸,將溶液溫度升至70 ,熟化1h。用事先準備好的過濾設(shè)備過濾、水洗至檢不出SO42-;再用乙醇洗23次。80烘干。制備的樣品密封,待測物化數(shù)據(jù)。對應(yīng)試驗按照(4)做4.00%,6.00%,8.00% Na2SiO3和6.00%,8.00%,10.00% H2SO4的條件實驗九組。反應(yīng)后熟化時間,水洗次數(shù)，醇洗次數(shù)與(4)條件試驗一致。實驗結(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，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，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）對介孔二氧化硅進行修飾：（1）將 1.0g煅燒過的介孔二氧化硅在 180下活化 5 小時后，置于50mL甲苯溶劑中

14、，加入 1.0mL APTES，在N2保護下，130反應(yīng) 48 小時，過濾，使用用乙醇、乙醚進行洗滌，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，過濾，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儲備液，再準確稀釋到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，吸附一定時間后用