化学沉淀法制备超细球形二氧化硅的工艺研究

超细二氧化硅的制备及研究进展瞿其曙 何友昭 淦五二 李 敏 林祥钦(中国科学技术大学化学系,合肥 230026)摘 要 本文介绍了Sol 2Gel 法制备超细Si O 2的方法及其研究进展,并对其它的制备方法作简要的介绍。

关键词 Sol 2Gel 超细SiO 2*国家自然科学基金资助项目。

超细颗粒,通常泛指10~104~之间的微小固体颗粒,广义上则包括原子或分子簇(Cluster)、颗粒(G ranular)膜及纳米(Nanometer)材料。

超细颗粒属于微观粒子与宏观物体交界的过渡区域,因此具有一系列奇特的物理、化学特性,如量子尺寸效应、宏观量子遂道效应、小尺寸效应、表面效应等,这些效应为其新颖的应用奠定了宽广的基础。

作为一种新兴的材料,它已经在宇航技术、电子、冶金、化学、生物和医学等领域展露风采。

超细SiO 2作为超细材料中的重要一员,因其粘合力强、比表面积大、分散性好、光学性能和机械性能优良而广泛应用于催化剂载体、高分子复合材料、电子封装材料、精密陶瓷材料、橡胶、塑料、玻璃钢、粘结剂、高档填料、密封胶、涂料、光导纤维、精密铸造等诸多行业的产品中。

目前SiO 2的制备方法分为物理法和化学法两种。

物理法一般指机械粉碎法。

利用超级气流粉碎机或高能球磨机将SiO 2的聚集体粉碎,可获得粒径1~5微米的超细产品。

该法工艺简单,但易带入杂质,粉料特性难以控制,制粉效率低且粒径分布较宽。

与物理法相比较,化学法可制得纯净且粒径分布均匀的超细SiO 2颗粒。

化学法包括化学气相沉积(C VD)法、离子交换法、沉淀法和溶胶2凝胶(Sol-G el)法等,但主要的生产方法还是以四氯化硅为原料的气相法,硅酸钠和无机酸为原料的沉淀法和以硅酸酯等为原料的溶胶2凝胶法。

气相法制得的SiO 2纯度非常高,分散度好,粒径小,但生产过程中能源消耗大、成本高;沉淀法制备SiO 2的原材料广泛、价廉,但制得的SiO 2孔径分布宽,孔径形状难以控制,所得产品主要在工业上用做橡胶的补强剂;而Sol-Gel 技术由于其自身独有的特点,成为当今最重要的一种制备SiO 2材料的方法。

高纯球形纳米sio2的制备,改性与应用研究近十年来，纳米材料及其相关应用在材料领域中蓬勃发展。

而高纯球形纳米SiO2（以下简称球状SiO2）一旦提出，就迅速获得广泛的关注，由于其独特的性质及其形貌，作为重要且多功能的功能纳米材料，球状SiO2得到了众多相关研究者的追捧。

球状SiO2的制备方法有多种，如溶胶-凝胶法、溶胶法、浴液沉淀法、沸水法、二苯醚油烃法等。

在这几种方法中，溶胶-凝胶法和溶胶法是制备球状SiO2的主要方法。

溶胶-凝胶法是指使用挥发溶剂等溶剂，将水溶性有机酸或有机碱引入水溶液体系中，同时在溶液中添加还原剂，或者加入固体共价单元，使溶解结晶均匀地生长成球形，从而制备出球状SiO2。

溶胶法是指使用水溶性有机酸或有机碱与二氧化硅结合后，在凝胶态物质中加入某种慢性水解剂，以缓慢水解和溶解球状SiO2等方法来制备球状SiO2。

此外，球状SiO2可以通过改变制备方法获得不同大小和形状，而且只要满足制备条件，球状SiO2的粒径大小也可以调整。

改性后的球状SiO2具有特殊的外部特性，可用于改善外部的疏水性、疏油性和亲水性等性质，并可以改变其表面特征，从而改变球状SiO2的功能性能。

目前研究表明，球状SiO2的表面可以被改性成大量的有机化合物和金属离子，从而赋予其新的功能性能，并为下一步的应用奠定了基础。

球状SiO2的应用非常广泛，其在玻璃、塑料、电子和化学行业等方面都得到了广泛的应用。

在玻璃行业，球状SiO2可以显著提高玻璃的抗热性，耐碱性和耐硅酸性，以及耐紫外线等光学性能；在电子行业，球状SiO2可以用作液晶显示器，塑料导电纤维，集成电路材料等；在化学行业，球状SiO2可以作为高效的载体，用于提高有机物的分离效率等。

本文研究了高纯球形纳米SiO2的制备、改性和应用方面的问题，以期为其今后的应用提供参考。

研究表明，球状SiO2可以通过不同的制备方法获得，并可以通过改性获得不同大小和形状，以及改变表面性质，具有独特的外部特性，可用于改善外部特性，具有多种应用前景。

湿化学法制备超细二氧化硅材料的研究进展摘要：综述了化学沉淀法、溶胶-凝胶法和微乳法三种湿化学方法在制备超细二氧化硅材料方面的运用，从反应机理、工艺控制、影响因素、存在问题方面进行了比较和评述。

a关键词：超细二氧化硅化学沉淀法溶胶-凝胶法微乳法随着对二氧化硅制备技术及对其相关领域的研究的不断深入，超细二氧化硅的应用领域日趋广阔，其主要应用于橡胶、塑料、粘合剂、涂料等领域。

至今为止，关于其制备方法已研究出很多，本文将以液相法为重心，分别对化学沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳法三种方法进行阐述。

一、化学沉淀法[1]其机理为硅酸钠和无机酸为原料通过化学沉淀法合成了粒径小且分布窄的纳米二氧化硅。

该法的关键是减少粒子之间的团聚，而获得比表面积较大的粒子。

团聚体的形成不仅与其沉淀生成条件有关，还与湿凝胶的洗涤、脱水、干燥、煅烧各工序的控制条件有关，其中影响最大的因素是PH值和温度。

该法具有原料来源广泛、廉价，能耗小，工艺简单，易于工业化生产，但同时也存在产品粒径分布较宽的问题。

二、溶胶—凝胶法[2]该法是以四氯化硅和硅醇盐为原料，通过水解、聚合形成溶胶，再聚集成凝胶，最后再干燥、煅烧成产品。

使用该法时，对反应制得的弹性凝胶体的干燥方式有空气中自然干燥法、真干燥法、超临界干燥法、亚临界干燥法等。

而其普遍采用的是真空干燥法和超临界干燥法。

真空干燥法得到的产品具有一定的孔隙率，但该方法设备简单，费用低，安全性好，当对产物的孔隙率没有过高要求时采用此种方法；超临界干燥法能避免凝胶体积大幅度收缩、开裂，保护凝胶纤细的网络结构，制品结构得以保持，但成本高。

[3]溶胶凝胶法以其工艺简单、产品纯度高、化学组分均匀等特点被用于制备超细SiO2。

但与此同时，溶胶-凝胶法也存在着缺点，如体积收缩太大、凝胶和干燥时间太长、原料费用过高等。

三、微乳法微乳法多采用W/O型微乳体系，该体系是热力学稳定、液滴半径处于纳米级、各向同性的分散体系。

体系中，表面活性剂包围着水相连续分散于油相中，被包围的水核是一个“微型反应器”。

沉淀法制备二氧化硅综述沉淀法制备二氧化硅是一种常用的制备方法，其基本原理是通过化学反应在溶液中生成沉淀，再将沉淀物进行分离、洗涤、干燥等步骤，最终得到二氧化硅。

下面将对沉淀法制备二氧化硅进行详细综述。

一、基本原理沉淀法制备二氧化硅的化学反应基于硅酸盐与酸反应，生成硅酸沉淀。

其化学方程式可以表示为：xSio2•yH2O+yH+→Sio2+(x+y)H2O其中，x和y是反应物的系数，表示硅酸盐与酸的比例。

通过控制反应物的浓度、温度和反应时间等参数，可以获得不同粒径和纯度的二氧化硅粉末。

二、制备方法沉淀法制备二氧化硅主要包括以下步骤：1.准备原料：通常使用硅酸钠、无机酸（如盐酸和硫酸）作为原料。

也可以使用含有硅酸盐的天然矿物，如海泡石、坡缕石等。

2.化学反应：将硅酸钠或硅酸盐矿物与无机酸混合，在一定温度下反应一定时间，生成硅酸沉淀。

3.分离：将生成的硅酸沉淀与溶液分离，可以采用过滤、沉降等方法。

4.洗涤：将硅酸沉淀洗涤干净，去除其中的杂质。

5.干燥：将洗涤干净的硅酸沉淀进行干燥处理，得到二氧化硅粉末。

6.煅烧：在一定温度下对二氧化硅粉末进行煅烧处理，去除其中的水分和有机物等杂质，得到高纯度的二氧化硅。

三、影响因素沉淀法制备二氧化硅的过程中，影响产品质量的因素主要包括原料质量、反应条件、洗涤和干燥等步骤的操作条件。

具体如下：1.原料质量：原料中杂质的含量会影响最终产品的纯度和质量。

因此，应选择纯度较高的原料进行制备。

2.反应条件：反应温度、反应时间和溶液浓度等因素都会影响硅酸的生成和结晶过程，从而影响最终产品的粒度和纯度。

3.洗涤和干燥：洗涤和干燥过程中的操作条件也会影响产品的纯度和质量。

如洗涤次数、干燥温度和时间等因素都会影响产品的质量。

四、应用领域沉淀法制备的二氧化硅粉末可以应用于许多领域，如陶瓷、玻璃纤维、涂料等领域作为高性能填料，也可以用于制造光学器件、电子材料等领域。

同时，通过控制制备过程中的参数，可以得到不同粒径和纯度的二氧化硅粉末，满足不同领域的需求。

高纯球形纳米sio2的制备,改性与应用研究近年来，纳米科学与技术受到了越来越多的关注，它的发展正在推动着新材料的创新。

其中，SiO2作为一种半导体材料，可以用于电子、纳米技术、光学光子学和生物学等领域的研究与开发。

最近，人们开始研究高纯球形纳米SiO2，借助它能够制备出低表面活性，粒径可控，能够自由调节功能和结构等特点，令它在生物医学领域，纳米材料等领域尤为重要。

高纯球形纳米SiO2的制备：高纯球形纳米SiO2的制备通常有以下几种方式，包括溶剂热精制制备法、物理渗透沉淀法、化学气相沉淀法和光聚合制备法。

1.剂热精制制备法：该方法是将SiO2溶解在一定温度、一定pH 值下的溶剂中，使纳米晶粒能够随溶质的溶解而分散。

2.理渗透沉淀法：该方法利用SiO2溶液进行渗透析出，以形成球形白色纳米粒子。

3.学气相沉淀法：该方法通过改变或增加化学添加剂，以控制SiO2纳米粒子的生长，从而获得球形的纳米粒子。

4.聚合制备法：该方法利用光技术对SiO2纳米粒子进行聚合，以获得球形的纳米粒子。

改性：随着科学技术的发展，人们发现可以改性高纯球形的纳米SiO2，从而改善它的性能和功能。

改性技术包括多种技术，包括表面吸附、表面改性、包覆改性、基团接枝等。

改性可以使SiO2纳米晶粒具有自组装、药物和抑菌能力以及吸收能力等新功能。

应用：由于高纯球形纳米SiO2具有良好的稳定性、均匀分散性、低表面活性和可控粒度等优点，它广泛应用于生物医学领域、纳米材料领域等领域。

（1）物医学领域：高纯球形的纳米SiO2可以用于抗感染剂、载药分子、抗菌剂等生物医学领域的研究与应用。

（2）米材料领域：高纯球形纳米SiO2可以用于纳米零件、超细粉末、载体材料等纳米材料领域的研究与开发。

（3）他领域：高纯球形的纳米SiO2同时也可以用于精细化学品的生产，以及催化剂、涂料、高分子等材料的制备。

综上，高纯球形纳米SiO2的研究与制备已经取得了很大的进展，它的改性与应用也越来越广泛。