化学沉淀法制备纳米二氧化硅
四氯化硅水解制纳米二氧化硅粉体工艺分析
2017年01月四氯化硅水解制纳米二氧化硅粉体工艺分析张红军(河北邢矿硅业科技有限公司，河北邢台054000)摘要：在多晶硅的合成过程中会有四氯化硅副产物产生，而四氯化硅不仅对生态环境有危害，还会在一定程度下损坏人体健康。
因此，必须科学有效的利用四氯化硅，而使用气相法和沉淀法水解四氯化硅可得到用途广泛的二氧化硅。
本文介绍了生产粉体二氧化硅的两种制备工艺——化学沉淀法和气相法，通过比较两类方法的优劣之处，为纳米二氧化硅粉体制备进一步量产化提供了方向和目标。
关键词：二氧化硅；四氯化硅；沉淀法；气相法目前，国内外生产制备多晶硅的工艺方法主要是由西门子公司于1945年创造的三氯氢硅氢还原法改进而来的，得到附加产物四氯化硅、SiH 2Cl 2、BCl 3等杂质。
因此，必须在多晶硅制备过程中科学有效的循环利用好副产物四氯化硅。
又由于气相沉淀法中的四氯化硅水解可以得到质量轻且无定型的超细二氧化硅，比表面积大，表面吸附大，表面势能高，化学纯度高、分散性良好，热阻、电阻等方面具有特异的性能，以其良好的稳定性、补强性，优异的增稠性和触变性，在众多学科及领域内有着不可取代的作用。
所以由四氯化硅的水解制备得到二氧化硅反应引起了广大科学工作者的兴趣[1]。
1化学沉淀法制备二氧化硅工艺1.1实验原理采用化学沉淀法制备二氧化硅，因其反应介质、反应物配比、工艺条件不同，所得产物性能迥异。
该法即是通过硅酸盐酸化以制备疏松、细分散的、以絮状结构沉淀出来的二氧化硅晶体。
目前，沉淀法制备二氧化硅技术包括以下几类：①在有机溶剂中制备高分散性的二氧化硅；②酸化剂与硅酸盐水溶液作用，沉降物经分离、干燥制备二氧化硅；③碱金属硅酸盐与无机酸共混形成二氧化硅水溶胶，再转变为凝胶颗粒，通过干燥、热水洗涤、再干燥，锻烧等流程制备二氧化硅。
1.2主要原料四氯化硅（工业级）；邻苯二甲酸丁酯（化学纯）；十二烷基苯磺酸钠（化学纯）、氢氧化钠（化学纯）。
1.3合成工艺首先，将钠盐加入到水中，配置成一定浓度的分散液，通过泵将其打到反应釜中，再在反应釜中加入四氯化硅进行水解反应，在常温条件下该反应水解生成盐酸和聚硅盐，期间反应釜内通过自吸泵反应原料循环流动，使反应充分进行[2]。
高透明沉淀二氧化硅
高透明沉淀二氧化硅摘要：一、高透明沉淀二氧化硅的概述二、高透明沉淀二氧化硅的制备方法三、高透明沉淀二氧化硅的应用领域四、高透明沉淀二氧化硅的性能优势五、我国在高透明沉淀二氧化硅研发的发展现状六、展望高透明沉淀二氧化硅的未来前景正文：一、高透明沉淀二氧化硅的概述高透明沉淀二氧化硅（HTSiO2），又称高透明度硅酸盐，是一种具有高透明度、高纯度、纳米级粒度的无机材料。
由于其独特的物理和化学性能，高透明沉淀二氧化硅在众多领域得到了广泛的应用。
二、高透明沉淀二氧化硅的制备方法1.溶胶-凝胶法：通过将硅酸盐前驱体与有机或无机溶剂混合，经过水解、缩聚反应形成凝胶，再经过干燥、烧结等工艺过程制备高透明沉淀二氧化硅。
2.气相沉积法：通过气相反应生成二氧化硅纳米颗粒，沉积在基材表面形成高透明薄膜。
3.水解法：利用硅酸盐盐酸盐与氢氧化钠等碱性物质反应，生成硅酸盐沉淀，经过滤、洗涤、干燥、烧结等步骤制备高透明沉淀二氧化硅。
三、高透明沉淀二氧化硅的应用领域1.涂料行业：高透明沉淀二氧化硅作为涂料的填料，可以提高涂料的透明度、耐候性和涂层硬度。
2.塑料行业：高透明沉淀二氧化硅作为塑料的填充剂，可以提高塑料的力学性能、耐磨性和透明度。
3.橡胶行业：高透明沉淀二氧化硅可以提高橡胶的耐磨性、抗老化性能和透明度。
4.电子行业：高透明沉淀二氧化硅可用于制备高透明度、低散射的电子元器件封装材料。
5.光学领域：高透明沉淀二氧化硅可用于制备光学元件、光纤等。
四、高透明沉淀二氧化硅的性能优势1.高透明度：高透明沉淀二氧化硅具有优异的光学性能，可保持光线传输的稳定性。
2.纳米级粒度：高透明沉淀二氧化硅颗粒尺寸在纳米级别，具有较大的比表面积，有助于提高材料的力学性能和化学稳定性。
3.良好的分散性：高透明沉淀二氧化硅具有良好的分散性，可提高复合材料的加工性能。
4.环保无污染：制备高透明沉淀二氧化硅的过程中，无有害物质排放，符合绿色环保要求。
五、我国在高透明沉淀二氧化硅研发的发展现状近年来，我国在高透明沉淀二氧化硅的研发取得了显著成果。
介孔二氧化硅共沉淀制备方法
介孔二氧化硅共沉淀制备方法介孔二氧化硅是一种具有广泛应用前景的纳米材料，其制备方法也十分关键。
目前，介孔二氧化硅的制备方法主要包括溶胶凝胶法、水热法、模板法等多种方法。
本文主要介绍介孔二氧化硅共沉淀制备方法。
共沉淀法是一种常用的合成介孔二氧化硅的方法。
其基本原理是在溶液中添加沉淀剂，使得二氧化硅形成不溶性物质沉淀下来。
在此基础上，通过调控反应物成分、反应条件、沉淀剂种类等因素，可以获得不同形态、孔径大小和孔道形状的介孔二氧化硅材料。
1. 溶液配制将硅源及其他反应物溶解于所需溶剂中，并在适当的温度和pH值下搅拌均匀。
其中，硅源可以是硅酸钠、硅酸乙酯等，而其他反应物可以是缓冲剂、表面活性剂等。
2. 沉淀剂加入将适量的沉淀剂加入反应溶液中，并在搅拌条件下等待反应进行。
沉淀剂通常选择氨水、漂白粉等，它们可以促进胶体团聚并形成沉淀。
3. 反应进程反应进程通常需要在一定的时间和温度下进行。
在此过程中，沉淀剂与反应物发生化学反应，形成介孔二氧化硅。
4. 淋洗和干燥反应完成后，将沉淀物使用所需的溶液进行淋洗，去除杂质和未反应的化学药品。
然后将所得物干燥，通常使用真空干燥或自然干燥方法。
共沉淀法在制备介孔二氧化硅中有一定的优势。
该法具有操作简便、成本低、可以制备大量样品等特点，且可以控制孔径大小和孔道结构形态，并且可以制备大孔径介孔材料。
但是，共沉淀法也存在一些缺点，例如孔径分布较广、孔径分布不均匀、孔壁平滑度不高等。
因此，在实际应用中，选择适合特定应用场景的制备方法十分重要，以获得满足特定需求的介孔二氧化硅材料。
二氧化硅纳米线制备方法
二氧化硅纳米线制备方法二氧化硅纳米线是一种具有很高应用潜力的纳米材料，它在电子器件、传感器、催化剂等领域都具有广阔的应用前景。
本文将介绍几种常见的二氧化硅纳米线制备方法。
一、气相法制备二氧化硅纳米线气相法是制备二氧化硅纳米线的常用方法之一。
该方法通过控制反应温度、气氛和反应时间等条件，使气相中的硅源在催化剂的作用下发生化学反应，生成纳米线。
常用的气相法包括化学气相沉积法（CVD）和热蒸发法。
化学气相沉积法是一种将气态前驱物转化为固态纳米线的方法。
在CVD过程中，通常使用有机硅化合物作为硅源，如三氯硅烷（SiCl3H）。
该方法需要在高温下进行，反应温度一般在800-1100摄氏度之间。
通过调节反应条件和催化剂的选择，可以控制二氧化硅纳米线的尺寸和形貌。
热蒸发法是一种将固态硅源通过升温蒸发的方法制备二氧化硅纳米线。
在热蒸发过程中，硅源被加热至高温，然后在惰性气氛中蒸发，并在基底上沉积形成纳米线。
这种方法操作简单，但对硅源的纯度要求较高。
二、溶液法制备二氧化硅纳米线溶液法是一种简单易行的制备二氧化硅纳米线的方法。
该方法通常使用硅源溶液，在适当的条件下，通过溶剂挥发或溶液中其他物质的作用，使硅源逐渐沉淀形成纳米线。
常见的溶液法包括溶胶-凝胶法、水热法和电化学沉积法。
溶胶-凝胶法是一种将溶胶转化为凝胶的方法。
在溶胶-凝胶过程中，硅源以溶胶的形式存在于溶液中，通过加热、干燥和煅烧等步骤，使溶胶逐渐凝胶化生成纳米线。
这种方法制备的纳米线具有较高的纯度和均一的尺寸分布。
水热法是一种利用高温高压水溶液制备纳米线的方法。
在水热法中，硅源在水热反应条件下与其他溶液中的成分发生反应，生成纳米线。
这种方法具有简单、环保的特点，但对反应条件的控制较为严格。
电化学沉积法是一种利用电化学方法在电极表面沉积纳米线的方法。
在电化学沉积过程中，通过控制电极电势和电解液成分，使硅源在电极表面沉积形成纳米线。
这种方法可以实现对纳米线尺寸和形貌的精确控制。
纳米二氧化硅的制备、表征及对废水中染料吸附
纳米二氧化硅的制备、表征及对废水中染料吸附1实验目的1 掌握纳米材料二氧化硅的制备方法2学习纳米材料的分析测试手段3 了解废水处理的方法2实验原理纳米二氧化硅是极其重要的高科技超微细无机新材料之一,因其粒径很小，比表面积大，表面吸附力强，表面能大，化学纯度高、分散性能好、热阻、电阻等方面具有特异的性能，由于它在磁性、催化性、光吸收、热阻和熔点等方面与常规材料相比显示出特异功能，可用于橡胶、化纤、塑料、油墨、催化剂、造纸、涂料、精密陶瓷等行业。
近两年来，有研究人员采用纳米二氧化硅作为吸附剂，针对不同污染物进行吸附过程及机制的研究。
纳米二氧化硅制备方法如下：通常条件下, 硅酸钠与盐酸反应生成硅酸沉淀, 即:Na2SiO3 + 2HCl+ H2O＝H4SiO4 + NaCl另外, 硅酸单体之间也进行缩聚反应:同时硅酸单体本身的脱水反应也很快:因此能迅速形成许多相对致密的SiO2胶体颗粒, 经过过滤、洗涤、干燥和高温灼烧得到纳米二氧化硅。
纳米二氧化硅有很多孔结构，具有比较大的比表面积，且表面有丰富羟基，能够吸附很多物质，如废水中的有机物等。
3 实验试剂和仪器吐温80；硅酸钠(Na2O·xSiO2)，模数3100，郑州泡花碱厂；盐酸(HCl)，CP，上海化学试剂总厂；AgNO3，CP，天津化学试剂厂；亚甲基蓝粉末，商用载体SiO2，青岛海洋化工厂。
集热式磁力搅拌器；干燥箱：101-2型, 无锡干燥设备厂；马弗炉；UV-2450可见光分光光度计；透射电子显微镜（TECNAI G0）；Brukers D8型X-射线粉末衍射仪(CuKα靶)。
4 实验内容4.1纳米二氧化硅的制备将浓度为1mol/L 盐酸20ml加入500ml的烧杯中，滴加表面活性剂（吐温80）20滴，加入搅拌磁子，水浴加热至50～60℃，滴加入质量分数为20%的硅酸钠溶液，随着硅酸钠溶液的不断加入，溶液逐渐变混浊，当pH=5时（用pH试纸检验），溶液变成白色悬浮液；盐酸与Na2O·x SiO2的反应如下:Na2O·x SiO2+nH2O+2 HCl= 2NaCl+xSiO2·(n+2)H2O沉淀静置老化后，抽滤，用蒸馏水反复洗涤沉淀，并用质量浓度为15%的AgNO3溶液检测洗液中的Cl-，至溶液中无AgCl白色沉淀为止, 常压80℃烘箱干燥。
沉淀-超声法制备纳米二氧化硅
硅 的 最佳 工 艺条 件 。采 用 Ｘ Ｄ、Ｇ Ｄ Ａ及激 光 粒度仪 等 测试 手段 对产 物进 行 了表 征 。结 果表 明 ： Ｒ Ｔ ．Ｔ 在 最佳 工艺条件 下 制得 了粒 径为 ４ ｍ的 二氧化 硅粉 体 。研 究表 明 ， 淀． 声 法 是一 种 制备 纳 米 ０ｎ 沉 超 二氧化 硅 的 简单 的新 方 法 ， 所得 粉体 粒径 小 ， 粒径 分布 窄 ， 实验条 件要 求低 ， 操作 简便 、 易行 ， 于工 便
Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｕｌｒｓ ｎｃ ｄｓ ｅｓｏ ｔｏ ｓ ａ ｐ ｉｄ ｔ ｈ ｍｉａ ｒｃｐｔｔｏ ｏ ｅｓ．Ｔ ｅ ｅ ｅ ｔ ｆｐ ｖ ｕ ｔａ ｏ ｉ ｉｐ ｒｉｎ ｍｅｈ ｄ ｗａ ｐ ｌ ｏ ｃ ｅ ｃ ｌｐｅ ｉ ｉ ｉｎ ｐｒｃ ｓ ｅ ａ ｈ ｆ ｃｓｏ Ｈ ａ ｅ，ｔｐ ｓｏ ｌ ｙ ｅ ｆ ｓ ｒａ ｔｎ ，ｄ ｓ ｅ ｉ ｇ ａ ｅ ｔ ｄ ｓ ｇ ｕ ｆｃａ ｔ ｉｐ ｒ ｎ ｇ ｎ ｏａ ｅ， ｄ ｙｎ ｄ ｎ ｌｒｓ ｎ ｃ ｄｉｐ ｒｉｎ ｏ ａ ｔ ｌ ｉｅ ｗｅ ｅ ｓｕ ｉｄ． Ｔｈ ｐｉ ｌ ｓ ｒｉ ｇ ｍｏ ｅ ａ ｄ ｕ ｔａ ｏ ｉ ｓ ｅｓｏ ｎ ｐ ｒｉ ｅ ｓｚ ｒ ｔ ｄ ｅ ｃ ｅ ｏ ｔｍａ ｔｅ ｎ ｌ ｉａ ｏ ｄｔｏ ｓｗｅ ｅｏ ｔｉｅ Ｔ ｅ ｐ ｒｉｄ ｓｚ ｎ ｒｓａ ｙ ｅ ｏ ｈ ｒｄ ｃｓｗｅｅ ｃ ａ ａ ｔｒｚ ｄ ｂ ｅ ｈ ｏｇｅ ｃ ｎ ｉ ｎ ｒ ｂａｎ ｄ ｈ ａ ｅ ｉｅａ ｄ ｃ ｙ ｔ ｔｐ ｆｔｅ ｐ ｕ ｔ ｒ ｈ ｒ ｃｅ ｅ ｙ ＸＲＤ， Ｔ ｌ ｉ ｔ ｌ ｏ ｉ Ｇ－ ＤＴ ａ ｄ ａｌｓ ｒｐ ｒｉｌ ｎ ｌｓｓｄ ｖｃ ｈ ｅ ｒｓ ｌ ｈ ｗｅ ｈ ｔｎ ｏ Ｓ Ｏ２ｗｉｈ ａｄ ａ ｔｒｏ ０ ｎ ｗａ ｒｐ ｒｄ ｕ ｄ ｒ Ａ ｎ ａ ｅ ａ ｃｅ ａ ａ ｙ ｉ ｅ ｉｅ．Ｔ ｅ ｕｔ ｓ ｏ ｄ ｔ ａ ａ － ｉ ｔ ｉｍｅｅ ｆ ｍ ｓｐ ｅ ａｅ ｎ ｅ ｔ ｓ ｎ ４ ｔｅ ｏ ｔｍａ ｏ ｄｔ ｎ Ｗ ｅ ｆｕ ｄ ｔ ａ ｅ ｉ ｉ ｔｏ － ｌ ａ ｏ ｉ ｔ ｏ ｓａ ｓｍｐｅ ａ ｄ ｎ ｗ ｍｅｈ ｄ ｔ ｒ ｐ ｒ ａ ｏ ｔｒ ｈ ｐ ｉ ｌｃ ｎ ｉｉ ｓ ｏ ｏ ｎ ｈ ｔｐｒｃｐｔ ｉｎ ｕｔ ｓ ｎｃ ｍｅｈ ａ ｒ ｄ ｉ ｉ ｌ ｎ ｅ ｔｏ ｏ ｐ ｅ ａｅ ｎ ｎ ｍｅｅ ＳＯ２．Ｔ ｅ ｐｒｄ ｃ ｓｈ ｖ ｍａｌｒｐ ｒｉｌ ｉｅ ａ ｄ ｎ ｒｏ ｒｐ ｒｉｌ ｉｔ ｂ ｔ ｎ．Ｔｈ ｔ ｏ ｓ ｓｍｐｅ， ｃ ｎ ｅ ｉｎ ｎ ｉ ｈ ｏ ｕ ｔ ａ ｅ ｓ ｌ ｅ ｅ ｃｅ ｓｚ ｎ ａｒｗｅ ａ ｃｅ ｄ ｓｒ ｕｉ ｔ ｔ ｉ ｏ ｅ ｍｅｈ ｄ ｉ ｉ ｌ ｏ ｖ ｎｅ ｔａ ｄ
二氧化硅 最频粒径
二氧化硅最频粒径
二氧化硅的粒径大小因制备方法和应用领域而异。
一般来说，二氧化硅的粒径范围可以从几纳米到几百微米。
在气相二氧化硅中，根据不同的生产工艺，可以制备出不同粒径的产品。
例如，通过燃烧法可以制备出粒径在10~30纳米的二氧化硅，而通过化学气相沉积法可以制备出粒径在50~200纳米的二氧化硅。
在沉淀法中，可以通过控制沉淀条件来制备不同粒径的二氧化硅。
通常，沉淀法制备的二氧化硅粒径在微米级别，如0.1~1微米。
二氧化硅的粒径大小对其应用性能有着重要影响。
在橡胶、塑料、涂料等高分子材料中，二氧化硅可以作为补强剂、增稠剂、触变剂等添加物使用，其粒径大小和形貌会影响材料的力学性能、流变性能和表面性能等。
在气相二氧化硅中，由于其具有较高的比表面积和表面活性，可以作为高效能填料使用，提高产品的透明度、光泽度、触感等。
同时，气相二氧化硅的粒径大小也可以影响其补强效果和分散性能。
因此，在实际应用中，需要根据具体需求选择合适粒径和形貌的二氧化硅产品。
同时，还需要注意二氧化硅的纯度、稳定性、分散性等其他性能指标，以确保其应用效果和安全性。
二氧化硅微纳米粒子的制备与应用研究
二氧化硅微纳米粒子的制备与应用研究一、前言随着现代科技的发展，微纳米技术的应用越来越广泛，特别是在医学、化工、材料科学等领域。
本文将介绍二氧化硅微纳米粒子的制备方法以及在不同领域的应用研究。
二、二氧化硅微纳米粒子制备方法二氧化硅微纳米粒子的制备方法主要有溶胶-凝胶法、蒸气相法、电解方法、温和制备法等。
1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是制备微纳米粒子的一种常用方法，其过程为先制备稀溶液，然后通过高温处理使得溶胶变为凝胶状态，从而制备微纳米颗粒。
该方法能制备出高纯度、大比表面积、粒径可控的二氧化硅微纳米颗粒，适合大量生产。
2. 蒸气相法蒸气相法是将气态前驱体在高温条件下分解成为固态颗粒，通过减压和控制反应条件可制备出大小、形状可控的二氧化硅微纳米颗粒。
该方法制备出的微纳米颗粒表面光滑度好，适用于柔性电子器件等应用场景。
3. 电解方法电解法是指电解过程中产生的氧化物沉淀，在适当的条件下制备成二氧化硅微纳米颗粒。
该方法操作简单、成本低廉，但是制备出的颗粒粒径较大、易带电，不适用于高纯度应用。
4. 温和制备法温和制备法是指在较低温度下通过控制反应过程中温度、反应物加入速率等参数制备出纳米颗粒。
该方法制备出的二氧化硅颗粒粒径分布均匀，适合生物医学应用。
三、二氧化硅微纳米粒子应用研究二氧化硅微纳米粒子的应用主要包括医学、化学、材料科学等领域。
1. 医学应用二氧化硅微纳米颗粒可以用于药物缓释、生物分子分离、医学影像等。
例如，将二氧化硅微纳米粒子作为药物载体，可以提高药物的生物利用度和对靶组织的定位能力；将其作为影像剂，可以作为钙结节、肿瘤等医学影像对比剂使用。
2. 化学应用二氧化硅微纳米颗粒可以用于催化剂、吸附剂等化学应用。
例如，将其作为催化剂，能够提高化学反应速率和转化率；将其作为吸附剂，可以对有害气体进行吸附分离。
3. 材料科学应用二氧化硅微纳米颗粒可以用于复合材料、涂料、光电器件等材料科学应用。
例如，将其作为复合材料的填料，能够提高材料的强度和硬度；将其作为涂料的光散射剂，能够减少折射率，提高涂料的遮盖性。
纳米二氧化硅制备
1.纳米二氧化硅的制备方法到目前为止，纳米二氧化硅的生产方法主要可以分为干法和湿法两种。
干法包括气相法和电弧法，湿法有沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法、超重力反应法和水热合成法等。
1.1 气相法气相法多以四氯化硅为原料，采用四氯化硅气体在氢氧气流高温下水解制得烟雾状的二氧化硅。
2H2+ O2→2H2OSiCl4+ 2H2O →SiO2+4HCl2H2+ O2+SiCl4 →SiO2+4HCl1.2 沉淀法1.2.1沉淀法是硅酸盐通过酸化获得疏松、细分散的、以絮状结构沉淀出来的SiO2晶体。
Na2SiO3+HCl →H2SO3+NaClH2SO3 →SiO2+ H2O该法原料易得，生产流程简单，能耗低，投资少，但是产品质量不如采用气相法和凝胶法的产品好。
目前，沉淀法制备二氧化硅技术包括以下几类：（1）在有机溶剂中制备高分散性能的二氧化硅；（2）酸化剂与硅酸盐水溶液反应，沉降物经分离、干燥制备二氧化硅；（3）碱金属硅酸盐与无机酸混和形成二氧化硅水溶胶，再转变为凝胶颗粒，经干燥、热水洗涤、再干燥，锻烧制得二氧化硅；（4）水玻璃的碳酸化制备二氧化硅；（5）通过喷雾造粒制备边缘平滑非球形二氧化硅。
1.2.2实验部分以Na2SiO3·9H2O为原料“浓H2SO4”为酸试剂"采用化学沉淀法制备纳米二氧化硅。
(1)原料与试剂：水合硅酸钠，分析纯，无锡市亚盛化工有限公司；浓硫酸，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；无水硫酸钠，分析纯，无锡市亚盛化工有限公司；聚乙二醇(PEG)6000，分析纯，无锡市亚盛化工有限公司。
(2)设备与分析仪器：Avatar360型傅立叶变换红外光谱(FT-IR)仪，KBr压片，美国；D/Max型X射线粉末衍射仪，日本理学公司；TEM-2010型高分辨率透射电镜(TEM)，日本日立公司；HPPS5001激光粒度分析仪，英国Malvern公司；S-570型扫描电镜(SEM)，日本日立公司；紫外可见光吸收仪(UV-Vis)，日本日立公司；WDT-20，KCS-20型万能试验机，深圳凯强利试验仪器有限公司；磁力搅拌器、分析天平、抽滤瓶、烘箱、马弗炉。
纳米二氧化硅的制备及其对有机物
纳米二氧化硅的制备及其对有机物一、实验目的：（1）掌握纳米二氧化硅的制备方法；（2）考察制备纳米SiO2的影响因素（温度、搅拌时间等）；（3）考察温度对纳米SiO2吸附蔗糖溶液的影响；（4）考察温度对纳米SiO2吸附蔗糖溶液的影响；（5）比较纳米SiO2对蔗糖、DMSO(二甲基亚砜)、DMF(二甲基甲酰胺)的吸附能力；（6）掌握阿贝折射仪的使用方法；二、实验原理：纳米二氧化硅是一种无毒、无味、无污染的非金属材料，其平均粒径在1～100nm之间,呈絮状和网状的准颗粒结构,为球形状[1]。
由于纳米二氧化硅比表面大、表面能量高、化学反应活性大,可与聚合物基体发生界面反应,因此纳米二氧化硅作为工业填料能对聚合物起到增强、增韧的作用[2].随着研究的深入,纳米二氧化硅在军事、通讯、电子、激光、生物学等领域都得到了广泛的应用。
故本实验研究纳米二氧化硅对有机物的吸附性能和影响纳米二氧化硅吸附能里的因素。
负载能力定义为每100gSiO2负载银的克数。
SiO2对被吸附质有较强的吸附作用。
本实验通过用一定量的SiO2吸附有机物，测量吸附前后有机物的浓度差，计算纳米二氧化硅的负载能力。
3、负载能力S定义为每1gSiO2可以吸附多少被吸附物质的能力。
SiO2对有机物有较强的吸附作用，用一定量的SiO2吸附一定量已浓度的有机物溶液，就可以用充分吸附后的滤液中的有机物量来确定SiO2的负载能力。
1、纳米二氧化硅的制备本研究采用醇盐水解沉淀法制备二氧化硅纳米粉，并以SiO2为载体研究蔗糖浓度、吸附温度及吸附时间对负载能力的影响。
2、标准曲线法折射率是物质物理材料属性之一，其受浓度、温度、压强、波长等因素影响。
本研究利用浓度对物质折射率的影响，在一定条件下测出物资的折射率，从而确定物资的浓度。
标准曲线法是制定一系列标准浓度的有机物（如蔗糖），由低浓度到高浓度，利用阿贝折光仪分别测定不同标准浓度的折射率，以浓度为横坐标，折射率n为纵坐标，绘制n-c曲线，该曲线称为标准曲线。
sio2纳米材料的制备方法及优缺点
sio2纳米材料的制备方法及优缺点二氧化硅（SiO2）纳米材料的制备方法有多种，包括物理法、化学法、沉淀法、溶胶凝胶法、微乳液法等。
1. 物理法：此方法主要利用高能球磨机或超声气流粉碎机对SiO2聚集体进行多级粉碎，最终获得产品。
优点在于生产工艺简单、生产量大、生产过程易于控制。
然而，物理法对原料要求较高，且随着粒度减小，颗粒因表面能增大而团聚，难以进一步缩小粉体颗粒粒径。
2. 化学法：包括气相法、沉淀法、溶胶-凝胶法、离子体交换法和微乳液法等。
其中，气相法以四氯化硅等为原料，通过高温或紫外线照射等方法使原料气化并发生化学反应生成SiO2纳米颗粒。
优点在于粒度均匀、粒径小且成球形，产品纯度高，表面羟基少。
缺点在于所用设备要求较高，所用原料贵，成品价格高。
3. 沉淀法：以硅酸钠和无机酸为原料，通过调节溶液的pH值使硅酸盐离子发生沉淀，再经过滤、干燥和热处理等步骤得到SiO2纳米颗粒。
优点在于工艺简单、原料来源广泛。
缺点在于难以控制粒径大小和形状，产物的分散性也较差。
4. 溶胶凝胶法：以硅酸酯为原料，通过水解和聚合反应形成透明的溶胶，再经过浓缩、陈化、干燥和热处理等步骤得到SiO2纳米颗粒。
优点在于可控制颗粒大小和形状，产物纯度高。
缺点在于生产过程中需要使用大量有机溶剂，且反应条件较为苛刻。
5. 微乳液法：利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成微乳液，在微乳液的油相中通过控制反应条件制备出SiO2纳米颗粒。
优点在于可控制颗粒大小和形状，产物纯度高。
缺点在于需要使用大量有机溶剂，且制备过程较为复杂。
以上是二氧化硅（SiO2）纳米材料的几种制备方法及优缺点，可以根据实际需求选择合适的方法进行制备。
纳米二氧化硅的结构、制备及应用
纳米二氧化硅的结构、制备及应用摘要:纳米二氧化硅是极其重要的高科技超微细无机新材料之一,因其粒径很小，比表面积大，表面吸附力强，表面能大，化学纯度高、分散性能好、热阻、电阻等方面具有特异的性能，以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，在众多学科及领域内独具特性，有着不可取代的作用。
本文整理相关文献，介绍纳米二氧化硅材料的结构特征、主要制备方法及相关应用。
关键词:纳米二氧化硅结构特征制备应用一、引言[1]纳米材料是当今无机化学及材料化学研究的热门课题之一，因其具有表面效应、宏观量子隧道效应和小尺寸效应，其所表现的诸如熔点、磁性、光学、导热、导电等性质，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。
因此纳米材料被广泛的应用于医药学、电子工业、环境科学和纺织工业等领域，具有广阔的前景。
纳米二氧化硅是极其重要的高科技超微细无机新材料之一,因其粒径很小，比表面积大，表面吸附力强，表面能大，化学纯度高、分散性能好、热阻、电阻等方面具有特异的性能，以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，在众多学科及领域内独具特性，有着不可取代的作用。
纳米二氧化硅俗称"超微细白炭黑"，广泛用于各行业作为添加剂、催化剂载体，石油化工，脱色剂，消光剂，橡胶补强剂，塑料充填剂，油墨增稠剂，金属软性磨光剂，绝缘绝热填充剂，高级日用化妆品填料及喷涂材料、医药、环保等各种领域。
纳米二氧化硅因其独特的性质引起了国内外科学家的广泛关注。
本文整理相关文献，介绍纳米二氧化硅材料主要制备方法及相关应用。
二、纳米SiO2的结构特征[2-3]SiO2按制备方法可分为气相法SiO2和沉淀法SiO2,这两类SiO2表面都存在大量残键和不同键合状态的羟基(相邻羟基、隔离羟基和双羟基),这种高活性的表面微观结构使SiO2极易以一次团聚体为基本单元联结成球状、线链状、团簇状等三维立体骨架或点阵结构形式。
在X射线衍射下,气相法纳米SiO2和沉淀法纳米SiO2粒均呈无定形结构,气相法SiO2粒径小,尺寸均一,表面羟基含量低,吸附活性高,内部结构几乎完全是排列紧密的三维网络状结构,具有一定的物理化学稳定性。
纳米二氧化硅
? 介孔二氧化硅以其独特的性能，在生物医药等 领域显示出了极大的应用前景，也将给临床诊 断和治疗带来突飞猛进的发展。
? 开发研制生物降解的介孔二氧化硅药物输送体 系是今后发展的一个重要方向。
纳米SiO2的用途
? 广泛应用于橡胶、塑料、电子、陶瓷、涂料、石膏、蓄电 池、颜料、化妆品、有机玻璃、环保等诸多领域，并为相 关领域的工业发展提供了新材料基础和技术保证 。
纳米SiO2对水泥水化的影响
? 纳发米 现纳SiO米2硅的能火和山C灰3活S发性生远二大次于水硅化粉反的应火，山早灰期活以性纳。米巴硅恒为静核等心研，究迅
速与互 相交织成网络结构 ; 后期在链状结点处的絮状凝胶中有向外呈辐射 状的纤维C-S-H产物，其向外部延伸，且互相搭接交织，可以显著 提高材料内部的拉应力。
纳米SiO2制备新技术
? 水稻是一个纳米硅的生物制造器，以稻秸为原 料制备纳米二氧化硅。
? 步骤：稻桔纤维—高温热解—浓盐酸—沸水浴 蒸干（2次）—移入烘箱—取出冷却—浓盐 酸—煮沸—过滤—烘干—灼烧至恒质量—白色 颗粒（二氧化硅）
? 球磨处理使SiO2颗粒进一步细化和分散
纳米二氧化硅较为合适的热解工艺为热解温度575℃， 保留时间2 h，并经高能球磨机球磨，时间为 10min。
微乳液法
? 通过两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下 形成乳液，在微泡中经成核、聚结、团聚、热处 理后得到纳米粒子。
? 朱振峰等采用 Triton X． 100 /正己醇/环己烷氨水 体系配制反相微乳液，碱性条件下正硅酸乙酯在 反相微乳液中发生受控水解，合成了具有无定形 结构的球形二氧化硅纳米粒子。
? 王晓英等采用质量分数为95% ～ 98%的浓H2SO4 与 Na2SiO3.9H2O反应，利用H2SO4 的放热使反应顺利进行， 并且在反应过程中加入一定量的分散剂、表面活性剂，防 止原生粒子的团聚，制备出了高分散的纳米二氧化硅。
单分散纳米二氧化硅的制备与表征
单分散纳米二氧化硅的制备与表征一、本文概述随着纳米技术的快速发展，纳米材料在各个领域的应用日益广泛。
其中，纳米二氧化硅（Nano-SiO₂）作为一种重要的无机纳米材料，因其独特的物理化学性质，如高比表面积、优良的吸附性能、良好的光学透明性等，被广泛应用于催化剂、填料、涂料、橡胶、陶瓷、生物医学等领域。
本文旨在探讨单分散纳米二氧化硅的制备方法，并通过各种表征手段对其结构和性能进行深入分析。
我们将详细介绍不同制备方法的原理、操作过程及其优缺点，同时讨论制备过程中的关键参数对纳米二氧化硅性能的影响。
我们还将展示各种表征技术，如透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、动态光散射（DLS）、射线衍射（RD）等在纳米二氧化硅表征中的应用，以期为后续研究和应用提供有价值的参考。
二、单分散纳米二氧化硅的制备方法单分散纳米二氧化硅的制备方法多种多样，包括溶胶-凝胶法、微乳液法、气相沉积法、沉淀法等。
这些方法的选择主要取决于所需的纳米二氧化硅的特定性质，如粒径、形貌、纯度以及应用的领域。
溶胶-凝胶法：这是制备单分散纳米二氧化硅最常用的方法之一。
该方法以硅醇盐或硅酸酯为前驱体，在适当的溶剂中水解和缩聚，形成溶胶，然后经过陈化、凝胶化，最后经过热处理得到纳米二氧化硅。
通过控制水解和缩聚的条件，可以精确调控纳米二氧化硅的粒径和形貌。
微乳液法：微乳液法是一种有效的制备单分散纳米二氧化硅的方法。
在此方法中，前驱体在微乳液滴中进行水解和缩聚，由于微乳液滴的尺寸限制，所得纳米二氧化硅的粒径可以精确控制。
通过改变微乳液的组成和性质，还可以调控纳米二氧化硅的形貌和性能。
气相沉积法：气相沉积法是一种通过气相反应制备纳米二氧化硅的方法。
在此方法中，硅源在气态条件下与氧化剂反应，生成二氧化硅纳米颗粒。
通过精确控制反应条件和气氛，可以制备出具有特定粒径和形貌的纳米二氧化硅。
沉淀法：沉淀法是一种通过溶液中的化学反应制备纳米二氧化硅的方法。
纳米二氧化硅的制备与表征
纳米二氧化硅的制备与表征一、本文概述随着纳米科技的飞速发展，纳米材料因其独特的物理和化学性质在多个领域，如电子、生物、医药和环保等，展现出了广阔的应用前景。
其中，纳米二氧化硅作为一种重要的无机纳米材料，因其高比表面积、优异的化学稳定性和独特的物理化学性质而备受关注。
本文旨在全面介绍纳米二氧化硅的制备方法，深入剖析其表征技术，以期为进一步推动纳米二氧化硅的基础研究和应用开发提供理论支撑和实践指导。
在制备方面，本文将详细介绍纳米二氧化硅的多种制备方法，包括溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、微乳液法、沉淀法等，并分析各种方法的优缺点和适用条件。
同时，还将探讨制备过程中影响纳米二氧化硅形貌、结构和性能的关键因素，如原料选择、反应条件、后处理等。
在表征方面，本文将综述纳米二氧化硅的表征手段，包括透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、射线衍射（RD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等，以及这些表征手段在纳米二氧化硅结构、形貌、粒径分布和表面性质分析中的应用。
通过本文的阐述，读者可以对纳米二氧化硅的制备与表征技术有一个全面而深入的了解，为相关研究和应用提供有益的参考和借鉴。
二、纳米二氧化硅的制备方法纳米二氧化硅的制备方法多种多样，主要包括物理法、化学法以及生物法等。
其中，化学法因其操作简单、产量高、成本低等优点，成为当前工业制备纳米二氧化硅的主要方法。
物理法：物理法主要包括机械粉碎法、蒸发冷凝法、真空冷凝法等。
这些方法主要通过物理手段将大颗粒的二氧化硅粉碎或冷凝成纳米级别的颗粒。
然而，物理法往往能耗高，且制备的纳米二氧化硅粒子易团聚，影响其分散性和使用效果。
化学法：化学法主要包括溶胶-凝胶法、微乳液法、沉淀法、气相法等。
其中，溶胶-凝胶法是最常用的方法之一。
该方法以硅醇盐或无机硅酸盐为原料，通过水解、缩聚等化学反应，形成稳定的溶胶，再经过陈化、干燥、煅烧等步骤，得到纳米二氧化硅。
沉淀·超声法制备纳米二氧化硅
沉淀·超声法制备纳米二氧化硅摘要：在化学沉淀超声分散条件下，研究了体系pH值、表面活性剂种类、分散剂用量、干燥方式、超声分散等因素对产物纳米二氧化硅粒径的影响。
通过实验确定了沉淀，超声法制备纳米二氧化硅的最佳工艺条件。
采用XRD、TG-DTA 及激光粒度仪等测试手段对产物进行了表征。
结果表明：在最佳工艺条件下制得了粒径为40nm的二氧化硅粉体。
研究表明，沉淀，超声法是一种制备纳米二氧化硅的简单的新方法。
所得粉体粒径小，粒径分布窄，实验条件要求低，操作简便、易行，便于工业化生产。
关键词：二氧化硅；制备；沉淀，超声法纳米二氧化硅为无定型白色粉末，是一种无毒、无味、无污染的非金属材料。
微结构为球形，呈絮状口网状的准颗粒结构。
它具有独特性质，如纳米二氯化硅具有对抗紫外线的光学性；它还可提高材料的抗老化性和耐化学腐蚀性；将纳米二氧化硅分散材料中，可提高材料的强度、弹性；它还具有吸附色素离子、降低色素衰减的作用等。
纳米二氧化硅的各种生产方法各有其优缺点。
如：气相法，所得产品粒度细，单分散性好，其主要缺点就是设备投资大、生产成本高；溶胶，凝腔法。
所得产品纯度高，均匀度好，但成本太高，工业化价值不大；微乳液法可得到粒径小而均匀的产物，但处理麻烦，效率低，工业化难度大；也有用成本较低的直接沉淀法，但其粒径较大一般在100nm以上、且难以控制，杂质多。
团聚严重，质量差。
本文在普通化学沉淀法的过程中增加超声分散这一工艺环节制备纳米二氧化硅粉体，探讨了体系pH值，表面活性剂种类、分散剂用量、干燥方式、超声分散等因素对产物粒径的影响，并用TG-DTA、XRD及激光粒度等分析手段对产物进行了表征。
1实验1.1仪器与试剂Na2Sio3·(AR)，H2so(AR)，无水乙醇(AR)，正丁醇(AR)，十二烷基苯磺酸钠(AR)，吐温－s0(AR)，聚乙二醇(AR)。
ZS-90激光粒度分析仪，KQ.100DV型数控超声波清洗器，雷磁pHS-3C精密pH计，FD-1B-55冷冻干燥机，Perkin-Elmer Pyris Diamond TG／DTA热分析仪(美国制造)。
纳米二氧化硅
纳米二氧化硅的简要介绍自1984 年Gleiter 教授成功制备出块状纳米材料以来, 纳米材料的研究已经成为材料领域的一个热点。
研究表明, 任何材料进入纳米尺寸(1~ 100 nm) 时都会具有奇异或反常的特性, 如表面界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。
这些特性使纳米微粒结构表现出奇异的物理、化学特性, 具有卓越的光、电、力、热、放射、吸收等特殊功能[1]。
纳米材料是21 世纪各国产业革命的支柱，科学研究的热门，生产厂商的奋斗目标。
目前，国内外学者在催化材料、发光材料、磁性材料、半导体材料及精细陶瓷等诸多领域，开展了大量纳米材料的研究工作[2]。
纳米SiO2是纳米材料中的重要成员。
本文以纳米SiO2为例，描述纳米材料的应用前景。
纳米SiO2为无定形白色粉末, 是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料, 粒径通常为20~200nm, 其微粒结构非常特殊, 表面存在不饱和的残键及不同键合状态的羟基, 其分子状态呈三维状结构( 三维网状结构或三维硅石结构等)[3]。
纳米SiO2化学纯度高, 分散性好, 比表面积大, 耐磨、耐腐蚀，广泛应用于电子封装材料、高分子复合材料、塑料、涂料、橡胶、颜料、精密陶瓷、胶粘剂、玻璃钢、粘结剂、高档填料、光导纤维、精密铸造、药物载体、化妆品及抗菌材料等领域[4]。
纳米氧化硅（SiO2）的用途电子封装材料领域方面，在有机物电致发光器材（OELD）的研制中，目前，国外广泛采用有机硅改性环氧树脂，将经表面活性处理后的纳米二氧化硅充分分散在有机硅改性环氧树脂封装胶基质中，达到既能降低环氧树脂内应力又能形成分子内增韧，提高耐高温性能，同时也提高有机硅的防水、防油、抗氧性能，可以大幅度地缩短封装材料固化时间（为2.0-2.5h）,且固化温度可降低到室温,使OELD器件密封性能得到显著提高,增加OELD器件的使用寿命。
树脂复合材料具有轻质、高强、耐腐蚀等特点，但近年来材料界和国民经济支柱产业对树脂基材料使用性能的要求越来越高。
纳米二氧化硅的制备与发展趋势
0 引言纳米二氧化硅俗称“白炭黑”，为无定形白色粉末，无味、无毒，球形微结构，呈网状或絮状结构。
具有粒径小、比表面积大、表面能大、吸附能力强、纯度高、稳定性高、补强性、增稠性和触变性等优异性能，同时它在光吸收、磁性、热阻、催化性和熔点等方面也表现出独特的性能，是重要的纳米无机原材料之一，在众多学科及领域内独具特性，有着不可取代的作用。
据中国产业调研网发布的2020—2026年中国气相白炭黑市场现状研究分析与发展前景预测报告显示，白炭黑广泛用于各行业作为添加剂、催化剂载体，石油化工，脱色剂，消光剂，橡胶补强剂，塑料充填剂，油墨增稠剂，金属软性磨光剂，绝缘绝热填充剂，高级日用化妆品填料及喷涂材料、医药、环保等各种领域，并为相关工业领域的发展提供了新材料基础和技术保证。
与常规材料相比显示出特异功能，因而得到人们的极大重视。
1白炭黑的制备方法（1）沉淀法白炭黑沉淀法又叫硅酸钠酸化法，常规使用水玻璃溶液与酸反应，再经过陈化、过滤、洗涤、干燥和高温煅烧等工序。
反应式为：Na2SiO3＋2H+→白炭黑＋2Na+＋H2O沉淀法的关键在于防止硅酸凝聚，因此在制备过程中pH值的控制是关键，以接近凝胶点的pH值为宜，必要时可以加入适当的NaCl促进SiO2粒子沉淀，也可加入适量活性剂，改善白炭黑的外观。
沉淀法工艺简单，易于产业化。
但工业水玻璃纯度低，金属杂质含量高，因此难以获得高纯白炭黑；沉淀过程可控性不高，表面羟基含量高，产品易团聚。
（2）气相法白炭黑化学气相沉积法，又称热解法、燃烧法。
其原料一般为Si的卤化物，如SiCl4、CH3SiCl3等高温蒸发，与氧气（或空气）和氢气高温水解而成。
反应式为：SiCl4＋2H2＋O2→SiO2＋4HCl空气和氢气分别经过加压、分离、冷却脱水、硅胶干燥、除尘过滤后送入合成水解炉。
将四氯化硅原料送至精馏塔精馏后，在蒸发器中加热蒸发，并以干燥、过滤后的空气为载体，送至合成水解炉。
四氯化硅在高温下气化（火焰温度1000~1800 ℃）后，与一定量的氢和氧（或空气）在1800 ℃左右的高温下进行气相水解；此时生成的气相二氧化硅颗粒极细，与气体形成气溶胶，不易捕集，故使其先在聚集器中聚集成较大颗粒，然后经旋风分离器收集，再送入脱酸炉，用含氮空气吹洗气相二氧化硅至pH值为4～6即为成品。
纳米二氧化硅的制备及表征
原 硅 酸 四 乙 酯 （ Ｅ Ｓ ， 析 纯 ； 六 烷 基 三 甲基 Ｔ ０ ）分 十
溴化铵 （Ｔ Ｂ ， 析 纯 ；／ Ａ Ｃ Ａ ）分 Ｄ Ｍ Ｘ一ⅢＡ型 ｘ射 线 衍 射
仪， 日本 Ｒｇｋ ｉａａ公 司 ；Ｅ 一１０ Ｘ１ 透 射 电子 显 微 ＪＭ ０ Ｃ Ｉ型 镜， 日本 日立 公 司 ； 立 叶 红 外 光 谱 仪 ， Ｑ Ｉ Ｏ ５型 ， 傅 Ｅ ＵＮ ５
维普资讯
。 艺・ 备・ 上 工乙。 亩 。 设
・
纳 二 氧 硅
昀 制 鲁 眨表征①
沈新 璋 ， 名 惠 ， 厦 兰 （ 中科 技 大 学化 学 系 ， 汉 ４ ０ ７ ） 金 孟 华 武 ３０４
摘 要 ： 过 原硅 酸 四乙 酯 的水解 和缩 合 ， 加 入适 量 的表 面 活 性 剂 十六 烷 基 三 甲基 溴 化 铵 （Ｔ Ｂ ， 得 了纳 米 通 并 Ｃ Ａ ）制
当前 ， 纳 米 Ｚ Ｏ、 ｉ２ 的 报 道 较 多 ｌ Ｊ而 对 对 ｎ Ｔ０ 等 ，
以 分 析 纯 无 水 乙 醇 作 溶 剂 ， 入 少 量 去 离 子 水 加 （ ｏ Ｌ ， 取 一 定 量 Ｃ Ａ 搅 拌 均 匀 ； 滴 滴 加 ６ ｍ ｌ ）称 ／ Ｔ Ｂ， 逐 ＴＯ （ 中 ＣＡ Ｅ Ｓ其 Ｔ Ｂ与 Ｔ Ｏ Ｅ Ｓ摩 尔 比为 １ １ ） 继 续搅 拌 ：０ ，
１ 前
言
德 国 Ｂ Ｕ Ｅ公 司 。 Ｒ Ｋ ２ ２ 制 备 方 法 ．
纳 米 材 料 是 指 微 粒 的粒 径 为 纳 米 级 （ ～１０ ｎ １ １ ０ ｎ） 的 超 细 材 料 。 当粒 子 的 粒 径 为 纳 米 级 时 ， 本 身 具 有 其 量 子 尺 寸 效 应 和宏 观 量 子 隧 道 效 应 等 ， 因而 展 现 出 许 多 特 有 的性 质 ， 用 前 景 广 阔 … 应 ｌ。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
化学沉淀法制备纳米二氧化硅摘要:采用硅酸钠为硅源,氯化铵为沉淀剂制备纳米二氧化硅。
研究了硅酸钠的浓度、乙醇与水的体积比以及pH值对纳米二氧化硅粉末比表面积的影响,并用红外、X射线衍射和透射电镜对二氧化硅粉末进行了表征。
研究结果表明在硅酸钠浓度为0. 4 mol/L,乙醇与水体积比为1B8, pH值为8. 5时可制备出粒径为5~8 nm分散性好的无定形态纳米二氧化硅。
关键词:沉淀法;纳米SiO2;制备1 引言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,其颗粒尺寸小,比表面积大,是纳米材料中的重要一员。
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[1, 2]。
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[3];以硅酸钠和无机酸为原料的化学沉淀法[4];以及以硅酸酯等为原料的溶胶-凝胶法[5-7]和微乳液法[8-10]。
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;溶胶-凝胶法原料昂贵,制备时间长;而微乳液法成本高、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,这是由于产品性状在制备过程中受许多可变因素的影响。
近年来,许多研究通过各种控制手段来改善沉淀法产品的性状,如郑典模[11]、贾东舒[12]、孙道682 研究快报硅酸盐通报第29卷兴[13]等对反应条件加以分别制得了平均粒径为76 nm、30~50 nm和20~40 nm的二氧化硅,何清玉[14]引入了超重力技术制得了小于20 nm的二氧化硅。
本文以硅酸钠为硅源,氯化铵为沉淀剂,加入表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和乙醇,通过化学沉淀法合成了粒径小且分布窄的纳米二氧化硅。
在硅酸钠溶液中,简单的偏硅酸离子并不存在,偏硅酸钠的实际结构为Na2(H2SiO4)和Na (H3SiO4),因此溶液中的负离子H2SiO2-4为和H3SiO-4。
二者在溶液中皆可与氢离子结合生成硅酸。
氯化铵是一种强酸弱碱盐,能缓慢地释放出H+,可以有效避免pH变化过大。
另外反应在碱性条件下进行,反应所生成的粒子带负电,可吸引NH+4和溶液中的Na+形成双电层,通过双电层之间库仑排斥作用,平衡离子表面电荷,从而可以使粒子之间发生团聚的引力大大降低。
制备方71.4.1 气相法[22-23]气相法多以四氯化硅为原料，采用四氯化硅气体在氢氧气流高温下水解制得烟雾状的二氧化硅。
2H2+ O2→2H2OSiCl4+ 2H2O →SiO2+4HCl2 H22+SiCl4→SiO2+4HCl该法优点是产物纯度高、分散度高、粒子细而且成球形，表面羟基少，因而具有优异的补强性能，但原料昂贵，能耗高，技术复杂，设备要求高。
这些条件限制了产品的应用。
1.4.2 沉淀法沉淀法是硅酸盐通过酸化获得疏松、细分散的、以絮状结构沉淀出来的SiO2晶体。
Na2SiO3+HCl →HSO3+NaClH2SO3→SiO2+ H2O该法原料易得，生产流程简单，能耗低，投资少，但是产品质量不如采用气相法和凝胶法的产品好。
目前，沉淀法制备二氧化硅技术包括以下几类：（1）在有机溶剂中制备高分散性能的二氧化硅；（2）酸化剂与硅酸盐水溶液反应，沉降物经分离、干燥制备二氧化硅；（3）碱金属硅酸盐与无机酸混和形成二氧化硅水溶胶，再转变为凝胶颗粒，经干燥、热水洗涤、再干燥，锻烧制得二氧化硅；（4）水玻璃的碳酸化制备二氧化硅；（5）通过喷雾造粒制备边缘平滑非球形二氧化硅。
采用沉淀法制备二氧化硅，因其反应介质、反应物配比、工艺条件不同，所得产物性能迥异。
现有使用沉淀法制备高性能二氧化硅(BXS—245)对硅橡胶补强，补强性能等价于气相白炭黑，该粒子综合物理性能平衡，在低剪切条件下与硅橡胶混合即可获得补强结构，通过确定合适配方，在一定硬度水平上使配合胶料获得最佳的强度。
1.4.3 Sol-Gel 法Sol-Gel 技术由于其自身独有的特点成为当今重要的一种制备SiO 2材料的方法。
第 1 章绪论9气体以极大的相对速度在弯曲孔道中逆向接触，极大地强化了传质过程。
传质单元高度降低了1—2 个数量级，并且显示出许多传统设备所完全不具备的优点[33]。
在超重力环境下，不同大小分子间的分子扩散和相间传质过程均比常重力场下的要快得多，气液、液液、液固两相在比地球重力场大数百倍至千倍的超重力环境下的多孔介质中产生流动接触，巨大的剪切力将液体撕裂成纳米级的膜、丝和滴，产生巨大的和快速更新的相界面，使相间传质速率比传统的塔器中的提高1—3 个数量级，微观混合和传质过程得到极大强化。
据估算成核特征时间tN(即成核诱导期)约为1 ms 级[34]。
该工艺的关键设备即是超重机(又叫旋转填充床)，它是把填料固定在特定的模具里，用轴承与上部的电机相连结，利用电机带动，以达到相对较高的旋转速度，从而产生一个较高的离心加速度(约大于37.8g)[35]。
该方法反应时间短，生产效率高。
产品具有粒度小、粒径分布均匀的优点[36]。
1.4.6 微乳液反应法[37]微乳液法，又称反相胶束法，是液相制备法中的较为新颖的一种手段。
金属盐和一定的沉淀剂形成微乳状液，在较小的微区内控制胶粒成核和生长，热处理后得到纳米粒子。
由于水相在反胶团微乳液中以极小的液滴形式分布在油相中，形成了彼此分离的微区。
如果将颗粒的形成空间限定于反胶团微乳液的内部，那么粒子的大小、形态、化学组成和结构等都将受到微乳体系的组成与结构的显著影响，从而为实现超微团粒子尺寸的人为调控提供的条件。
反胶团微乳液法制备超微粒子有以下优势：（1）实验装置相对简单、操作容易。
无须高能耗和易损的复杂设备；（2）可以通过改变原料组成的方式来控制粒径，而且粒径分布窄；（3）易于实现连续化生产运作，为工河北大学理学硕士学位论文8Sol-Gel 法[24-29]是以无机盐或金属醇盐为前驱物(Precursor)，经水解缩聚过程逐渐凝胶化、然后经过一定的后处理(陈化、干燥)得到所需的材料。
该法最早源于十九世纪中叶，Ebelman 和Graham 发现正硅酸四乙酯(TEOS)在酸性条件下会产生玻璃态的SiO2；到本世纪50 和60 年代，Roy 等发现用此法制备的物质可以获得很高的化学均匀性，并运用此法大量制备了包含有Al、Si、Ti、Zr 等金属氧化物的复合陶瓷，而这些材料用普通的粉末法是制不出来的；Stober 等人发现用氨作为TEOS 水解反应的催化剂可以控制SiO2粒子的形状和粒径；Overbeek 等发现若粒子的成核作用可在短时间内实现，并接着在不存在过饱和的情况下生长就可得到单分散的氧化物胶粒。
这些方法的出现使得我们有可能在材料合成早期就对其形态、结构进行控制。
用Sol-Gel 法反应温度较其他方法低，能形成亚稳态化合物，具有纳米粒子的晶型、粒度可控，且粒子均匀度高，纯度高，反应过程易控制，副反应少、分相，并可避免结晶等优点。
从同一种原料出发，改变工艺过程即可获得不同的产品。
该法原料与沉淀法相同，只是不直接生成沉淀，而是形成凝胶，然后干燥脱水。
产品特性类似于干法产品，价格又比干法产品便宜，但工艺较沉淀法复杂，成本亦高[30]。
1.4.4 水热合成法水热反应是高温高压下，在水溶液或蒸汽等流体中进行有关化学反应的总称。
水热反应法是利用水热反应制备粉体的一种方法，它为各种前驱物的反应和结晶提供了一个在常压条件下无法得到的、特殊的物理和化学环境。
粉体的形成经历了溶解、结晶过程。
该法的特点是粒子纯度高、分散性好、晶型好且大小可控，但是对设备要求高，操作复杂，能耗较大[31]。
值得注意的是，水热合成过程中的温度、压力、样品处理时间以及溶液的成分、酸碱性、所用的前驱体种类、有无矿化剂和矿化剂的种类等对所生成的氧化物颗粒的大小、形式体系的组成、是否为纯相等有很大的影响[32]。
1.4.5 超重力反应法超重力技术，即旋转填充床（RPB）技术，是近年来兴起的强化传递与反应的高新技术。
利用旋转填料床中产生的强大离心力—超重力环境，使气液的流速及填料的比表面积大大提高而不液泛。
液体在高分散、高湍动、强混合以及界面急速更新的情况下与71.4.1 气相法[22-23]气相法多以四氯化硅为原料，采用四氯化硅气体在氢氧气流高温下水解制得烟雾状的二氧化硅。
2H2+ O2→2H2OSiCl4+ 2H2O →SiO2+4HCl2 H2+ O2+SiCl4→SiO2+4HCl该法优点是产物纯度高、分散度高、粒子细而且成球形，表面羟基少，因而具有优异的补强性能，但原料昂贵，能耗高，技术复杂，设备要求高。
这些条件限制了产品的应用。
1.4.2 沉淀法沉淀法是硅酸盐通过酸化获得疏松、细分散的、以絮状结构沉淀出来的SiO2晶体。
Na2SiO3+HCl →H2SO3+NaClH2SO3→SiO2+ H2O该法原料易得，生产流程简单，能耗低，投资少，但是产品质量不如采用气相法和凝胶法的产品好。
目前，沉淀法制备二氧化硅技术包括以下几类：（1）在有机溶剂中制备高分散性能的二氧化硅；（2）酸化剂与硅酸盐水溶液反应，沉降物经分离、干燥制备二氧化硅；（3）碱金属硅酸盐与无机酸混和形成二氧化硅水溶胶，再转变为凝胶颗粒，经干燥、热水洗涤、再干燥，锻烧制得二氧化硅；（4）水玻璃的碳酸化制备二氧化硅；（5）通过喷雾造粒制备边缘平滑非球形二氧化硅。
采用沉淀法制备二氧化硅，因其反应介质、反应物配比、工艺条件不同，所得产物性能迥异。
现有使用沉淀法制备高性能二氧化硅(BXS—245)对硅橡胶补强，补强性能等价于气相白炭黑，该粒子综合物理性能平衡，在低剪切条件下与硅橡胶混合即可获得补强结构，通过确定合适配方，在一定硬度水平上使配合胶料获得最佳的强度。
1.4.3 Sol-Gel 法Sol-Gel 技术由于其自身独有的特点成为当今重要的一种制备SiO 2材料的方法。
第 1 章绪论9气体以极大的相对速度在弯曲孔道中逆向接触，极大地强化了传质过程。
传质单元高度降低了1—2 个数量级，并且显示出许多传统设备所完全不具备的优点[33]。
在超重力环境下，不同大小分子间的分子扩散和相间传质过程均比常重力场下的要快得多，气液、液液、液固两相在比地球重力场大数百倍至千倍的超重力环境下的多孔介质中产生流动接触，巨大的剪切力将液体撕裂成纳米级的膜、丝和滴，产生巨大的和快速更新的相界面，使相间传质速率比传统的塔器中的提高1—3 个数量级，微观混合和传质过程得到极大强化。
据估算成核特征时间tN(即成核诱导期)约为1 ms 级[34]。