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多孔氢氧化铝微球
多孔氢氧化铝微球是一种新型的材料，它具有很多优异的性能和应用前景。
多孔氢氧化铝微球的制备方法主要有两种，一种是溶胶-凝胶法，另一种是模板法。
溶胶-凝胶法是将铝源和碱性物质混合，形成氢氧化铝凝胶，然后通过热处理和洗涤等步骤制备多孔氢氧化铝微球。
这种方法制备的多孔氢氧化铝微球具有孔径分布均匀、孔径可调、孔壁厚度均匀等优点。
模板法是将多孔聚合物微球作为模板，将铝源和碱性物质混合，形成氢氧化铝凝胶，然后通过热处理和洗涤等步骤制备多孔氢氧化铝微球。
这种方法制备的多孔氢氧化铝微球具有孔径可调、孔径分布均匀、孔壁厚度均匀等优点。
多孔氢氧化铝微球具有很多应用前景，例如在催化剂、吸附剂、分离膜、生物医学等领域都有广泛的应用。
在催化剂领域，多孔氢氧化铝微球可以作为载体，将活性组分负载在孔道内，提高催化剂的活性和稳定性。
在吸附剂领域，多孔氢氧化铝微球可以作为吸附剂，用于水处理、废气处理等领域。
在分离膜领域，多孔氢氧化铝微球可以作为分离膜材料，用于分离有机物、离子等。
在生物医学领域，多孔氢氧化铝微球可以作为药物载体，用于药物缓释和靶向输送。
多孔氢氧化铝微球是一种具有很多优异性能和应用前景的新型材料，
它的制备方法和应用领域都有很大的发展空间。
溶胶-凝胶模板法制备三维有序大孔Y2O3微球江学良;杨帆;晏爽;周爱军【期刊名称】《高分子材料科学与工程》【年(卷),期】2011(27)7【摘要】采用无皂乳液聚合法制备了纳米级单分散P(St-HEA)微球,然后在二甲基硅油中自组装形成微米级胶体晶体大球,利用溶胶-凝胶模板法制备了三维有序大孔Y2O3微球。
采用红外光谱(FT-IR),扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD)等测试方法对P(St-HEA)微球单分散性及有序大孔Y2O3微球结构和物相组成进行了表征。
结果表明,制备的P(St-HEA)微球的单分散性好,其粒径约为280 nm。
以单分散P(St-HEA)微球自组装制备得到了微米级胶体晶体大球,胶体晶体大球中P(St-HEA)微球排列紧密有序,缺陷较少。
以微米级胶体晶体大球为模板结合溶胶-凝胶法,经900℃烧结得到的有序大孔Y2O3微球,其孔径约为220 nm,其物相为纯相。
【总页数】4页(P164-166)【关键词】无皂乳液聚合;溶胶-凝胶;三氧化二钇;有序大孔【作者】江学良;杨帆;晏爽;周爱军【作者单位】武汉工程大学材料科学与工程学院,等离子体化学与新材料湖北省重点实验室,湖北武汉430073【正文语种】中文【中图分类】TQ316.345【相关文献】1.溶胶-凝胶法与自模板法相结合制备SiO2中空微球 [J], 张青2.单分散聚苯乙烯微球合成及在三维有序大孔材料制备中的模板作用 [J], 孔庆岚;延姗姗;崔杏雨;郑家军;张鸿雁;潘梦;李瑞丰3.自模板法与溶胶-凝胶法相结合制备SiO2包覆的对甲氧基肉桂酸辛酯微球 [J], 张青4.溶胶-凝胶模板法制备三维有序大孔TiO2微球 [J], 李朝玉;韦磊;李铭果5.溶胶-凝胶模板法制备有序大孔TiO_2微球 [J], 周爱军;韦磊;江学良;李铭果;张玉婷因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
多孔聚合物微球的合成随着科学技术的不断进步，多孔聚合物微球的合成成为了材料科学领域中备受关注的研究方向。
多孔聚合物微球具有许多优异的性质，例如高比表面积、良好的孔隙结构和可调控的粒径大小等，因此在催化、吸附、分离、药物传递等领域具有广泛的应用前景。
多孔聚合物微球的合成方法多种多样，可以分为物理法和化学法。
物理法主要通过调控温度、pH值、溶剂等条件来合成多孔聚合物微球，常见的物理法包括乳化法、凝胶法、喷雾干燥法等。
化学法则是利用化学反应来合成多孔聚合物微球，常见的化学法包括溶胶-凝胶法、乳液聚合法、界面聚合法等。
在溶胶-凝胶法中，通常会选择一种合适的溶剂和交联剂，并加入适量的单体。
首先，将溶剂中溶解单体形成溶胶，然后通过加入交联剂引发聚合反应，形成大分子链，最终形成多孔聚合物微球。
这种方法具有操作简便、条件温和、成本低廉等优点，因此被广泛应用于多孔聚合物微球的合成。
乳液聚合法是通过将单体和乳化剂混合形成乳液，然后通过引发剂诱导聚合反应，形成多孔聚合物微球。
这种方法可以控制微球的粒径大小和孔隙结构，具有精密控制的优势。
然而，乳液聚合法存在乳化剂残留、高度依赖于乳液稳定性等问题，需要进一步改进。
界面聚合法是通过在界面上引发聚合反应，形成多孔聚合物微球。
界面聚合法通常涉及到乳液、微乳化和反相微乳化等技术，利用界面的特性来控制微球的形貌和结构。
界面聚合法具有成本低、操作简便、高效率等优势，因此在多孔聚合物微球的合成中得到了广泛应用。
除了以上介绍的方法外，还有其他创新的方法被用于多孔聚合物微球的合成。
例如，近年来，利用生物模板法合成多孔聚合物微球成为了研究热点。
这种方法利用生物体内的微生物、细胞或细胞外基质作为模板，在其表面或内部形成多孔结构，然后通过聚合反应生成多孔聚合物微球。
生物模板法具有高度可控性和环境友好性等优势，因此备受关注。
总的来说，多孔聚合物微球的合成是一个复杂而又具有挑战性的过程。
不同的合成方法可以得到具有不同形貌、结构和性质的多孔聚合物微球。
多孔纳米tio2微球多孔纳米TiO2微球是一种具有广泛应用前景的新型纳米材料。
它具有高比表面积、多孔结构、优良的光催化性能和稳定性等特点，被广泛应用于环境污染治理、太阳能电池、药物传递和生物成像等领域。
本文将从以下几个方面对多孔纳米TiO2微球进行详细介绍。
一、多孔纳米TiO2微球的制备方法1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常见的制备多孔纳米TiO2微球的方法。
该方法主要包括溶胶制备、凝胶形成和煅烧三个步骤。
首先，通过水解聚合反应制备出适量的钛酸酯溶胶；然后，在溶液中加入引发剂，使得钛酸酯发生凝胶化反应，形成一定形状和大小的凝胶颗粒；最后，将凝胶颗粒进行煅烧处理，去除有机物质并形成多孔结构。
2. 水热法水热法是另一种常用的制备多孔纳米TiO2微球的方法。
该方法主要是通过在高温高压下进行反应，使得钛酸酯在水热条件下形成具有多孔结构的纳米球。
水热法制备多孔纳米TiO2微球的优点在于其简单易行、操作方便，并且可以控制纳米球的形貌和孔径大小。
二、多孔纳米TiO2微球的表征方法1. 扫描电镜（SEM）扫描电镜是一种常用的表征多孔纳米TiO2微球形貌和结构的方法。
通过SEM可以观察到微球表面和内部结构，以及孔径大小和分布情况。
2. 透射电镜（TEM）透射电镜是一种高分辨率的表征多孔纳米TiO2微球形貌和结构的方法。
通过TEM可以观察到微球内部结构，以及晶体结构和晶面取向等信息。
3. X射线衍射（XRD）X射线衍射是一种常用的表征多孔纳米TiO2晶体结构和相组成的方法。
通过XRD可以确定晶体结构、晶胞参数、相组成等信息。
4. 毛细管气相色谱（GC）毛细管气相色谱是一种常用的表征多孔纳米TiO2表面化学性质和孔结构的方法。
通过GC可以测定微球表面化学组成和孔结构参数等信息。
三、多孔纳米TiO2微球的应用1. 光催化降解污染物多孔纳米TiO2微球具有优良的光催化性能，可以将有机污染物降解为无害物质。
该技术已经被广泛应用于水处理、空气净化和土壤修复等领域。
二次催化溶胶-凝胶法制备多孔硅胶微球赵贝贝;许婵婵;唐涛;李彤;张维冰;王风云【摘要】Micrometer SiO2 microspheres were prepared by two-step catalytic Sol-Gel method with tetraethoxysi-lane (TEOS) as starting material and N,N-Dimethylformamide (DMF) as template. The effects of some factors on the diameter and particle size distribution of the SiO2 microspheres were discussed, such as H2O quantity and etha-nol quantity during the first catalytic process, the electrolyte concentration and stirring speed during the secondary catalytic process. SiO2 microspheres were characterized by SEM, Zetasizer, BET measurements and microscope-particle image analysis system. Results show that SiO2 microspheres are mostly regular-ball with no particle agglomeration. The mean particle size (D50) is 8.9μm, and the particle size distribution follows typical Gaussian distribution. The specific surface area is 546.67m2/g, and pore volume is 0.7142m3/g, with a narrow pore size varied from 2nm to 8nm. Also the particle size increases with water quantity, ethanol quantity and NaCl concentration in-creaing, but decreases with stirring speed acceleration.%以四乙氧基硅烷(TEOS)为原料,N,N-二甲基甲酰氨(DMF)为模板,采用二次催化的溶胶-凝胶法制得微米级多孔性硅胶微球.考察了一次催化水解缩聚过程中水量、乙醇量,二次催化反应过程中电解质浓度、搅拌速度对微球粒径的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)、激光粒度分布仪、比表面及孔径分析仪、显微镜-图像颗粒分析系统进行表征.结果表明,制得硅胶微球球形规则且无团聚现象,平均粒径(D50)为8.9μm,粒径呈典型高斯分布,比表面积546.67m2/g,孔体积0.7142m3/g,孔径主要分布在2～8nm之间,分布范围窄；硅胶微球粒径大小随一次催化过程中水量、乙醇量及二次催化过程中电解质浓度增加而增大,随乳状液形成过程中搅拌速度加快而减小.【期刊名称】《无机材料学报》【年(卷),期】2011(026)010【总页数】5页(P1090-1094)【关键词】硅胶微球;二次催化;溶胶-凝胶法【作者】赵贝贝;许婵婵;唐涛;李彤;张维冰;王风云【作者单位】南京理工大学工业化学研究所,南京210094;胜利石油管理局钻井工艺研究院,东营257017;南京理工大学工业化学研究所,南京210094;大连依利特分析仪器有限公司,大连116023;大连依利特分析仪器有限公司,大连116023;大连依利特分析仪器有限公司,大连116023;华东理工大学化学与分子工程学院,上海200237;南京理工大学工业化学研究所,南京210094【正文语种】中文【中图分类】TQ127硅胶是极其重要的高科技超微细无机材料之一,具有粒径小、比表面积大、表面吸附力强、表面能大, 以及优越的稳定性、补强性、增稠性、触变性等, 在众多学科及领域内独具特性, 有着不可取代的作用. 其中, 硅胶微球是开发最早、研究最深入、应用最广泛的高效液相色谱固定相基质[1]. 此外,多孔性硅胶微球还广泛应用于催化剂、化妆品和油墨添加剂等领域[2-4]. 溶胶−凝胶法是制备硅胶微球的常用方法,通常在酸性或碱性条件下使硅源水解缩聚得到硅胶微球[5]. 酸性条件下, 硅源水解速率大于其缩聚速率, 易形成多孔性结构; 而在 pH值7～9的弱碱性条件下, 硅源缩聚速率大于其水解速率, 并最终形成无孔的凝胶状结构[6]. 传统溶胶−凝胶法制得微球通常为微米级或亚微米级的无孔硅胶微球[7]. Unger等[8]首次采用二次催化的溶胶−凝胶法, 先在酸性条件下将正硅酸乙酯催化水解得到一定分子量的交联溶胶, 再在碱性条件下将溶胶凝胶、老化, 得到硅胶微球粒度范围为2～25μm. 催化过程中反应物浓度、温度、pH值以及硅源种类等条件对硅胶粒度、结构的影响, 也得到了详细的探讨[9-11]. 为研究二次催化溶胶−凝胶法制备硅胶微球的反应机理, Bernards等[12-13]将四乙氧基锗烷(TEOG)引入反应, 研究其对TEOS水解、缩聚过程的影响. 此外, 在二次催化水解过程中加入模板物质, 有助于调控硅胶孔结构, 制得粒度均匀、孔结构均一的硅胶微球[14-15]. Choi等[16]以正硅酸甲酯为硅源, 以聚环氧乙烷、聚环氧丙烷为模板, 制得孔结构规整的硅胶. Hohenesche等[17]以硅酸乙酯 40为硅源、DMF为模板, 两步水解缩聚制得平均粒径为6μm的硅胶微球, 并用作液相色谱固定相基质. 二次催化水解过程中加入模板形成乳状液后, 硅胶微球的粒径主要由乳状液中的分散液滴粒径决定. 在乳状液中加入微量电解质, 通过对乳状液的形成、分散液滴粒径的影响调整硅胶微球粒径, 而有关此方面的研究尚未有报道.本工作采用二次催化溶胶−凝胶法, 以TEOS为硅源, N,N-二甲基甲酰氨(DMF)为模板, 制备硅胶微球, 并研究了一次催化水解过程中水量、乙醇量,二次催化水解过程中电解质浓度、搅拌速度对微球粒径的影响.1 实验1.1 制备方法多孔硅胶微球的制备主要分为两步: 先在酸性条件下使 TEOS水解缩聚生成聚乙氧基硅烷(PES);再在碱性条件下使PES完全水解, 静置老化形成二氧化硅凝胶球. 在250mL三口烧甁中加入 25mL TEOS、一定量乙醇溶剂、盐酸催化剂, 不断搅拌并以 0.5mL/min的速度向三口烧甁中逐滴加入水, 滴加完毕后继续搅拌1h使反应完全, 旋蒸除去乙醇、盐酸等物质. 然后向旋蒸后PES中加入50mL水、30mL异丙醇、1.2mL DMF, 高速搅拌以形成O/W型乳状液, 加入1mL氨水催化剂引发二次水解缩聚反应, 以1700r/min搅拌反应30min, 静置24h, 将下层白色沉淀抽滤、洗涤, 150℃下烘干5h, 650℃下煅烧6h, 得到多孔硅胶微球.1.2 表征以日本GEOL公司的JSM-6380LV型扫描电子显微镜观察硅胶微球的大小及形貌, 以XSZ-HS3型显微镜−图像颗粒分析系统观察硅胶微球的大小及分散状况. 硅胶微球粒径分布采用丹东百特公司生产BT-9300H激光粒度分析仪测试. 以D50表示微球平均粒径, D90/D10表示粒径分布宽度, 统计颗粒数目不少于100个. 比表面积及孔径测试在北京金埃谱科技有限公司的V-Sorb 2800P比表面积及孔径分析仪上进行, 测试前经120℃真空干燥 2h, 液氮温度下测量样品在不同氮气分压下的氮气饱和吸附量,由BET公式计算得到样品的比表面积.2 结果与讨论2.1 微球形貌结构分析图 1(a)为硅胶微球表面形态的扫描电镜照片,微球球形规则且表面光滑, 无团聚现象, 由扫描电镜图得到微球平均粒径为5.8μm, 粒径分布宽度为2.50. 经激光粒度分析仪测试, 硅胶微球的粒径呈典型高斯分布, 如图 1(b)所示. 由此可见, 硅胶微球粒径分布宽度较窄, 单分散性较好.硅胶的吸附脱附等温线如图 2(a)所示, 吸附分支和脱附分支比较靠近, 为第四类吸附等温线, 表明孔结构为近似圆筒状结构. 基于硅胶的吸附脱附等温线计算得到硅胶的孔径分布图, 如图 2(b)所示, 孔径主要分布在2～8nm之间, 孔径分布窄. 经BET法计算得到, 硅胶微球比表面积达 546.67m2/g, 孔体积0.7142m3/g, 与部分商品化的高比表面积硅胶相关数据接近.2.2 一次催化过程对硅胶微球粒径的影响2.2.1 水量影响在一次催化水解缩聚过程中, 保持恒定的水滴加速度, 改变滴加时间, 得到硅胶微球粒径随水量变化如图3所示. 从图3可以看出, 随着水量的增加,硅胶微球平均粒径及粒径分布宽度均增大, 单分散性变差.图1 硅胶微球的扫描电镜照片(a)和粒度分布图(b)Fig. 1 SEM image (a) and particle size distribution (b) of SiO2 microspheres图2 硅胶微球的吸附脱附等温线图(a)和孔径分布图(b)Fig. 2 N2adsorption/desorption isotherms (a) and pore size distribution curve (b) of SiO2 microspheres图3 水量对硅胶微球粒径的影响Fig. 3 Influence of H2O quantity on SiO2 particle size酸性条件下, TEOS与水发生水解缩聚生成PES.首先, H+亲电进攻TEOS分子中一个−OC2H5基团使之质子化, 电子云向该−OC2H5基团偏移, 造成硅原子另一侧表面空隙加大并呈亲电性, 易于阴离子进攻, 反应速率加快. 同时, 由于位阻及中间体稳定性等原因, TEOS已有一个−OC2H5水解为−OH, 其余−OC2H5基团反应活性降低, 继续发生−OH取代的可能性减小, 水量不足时首先生成最低水解产物(C2H5OH)3Si−OH, 然后脱水缩合为(C2H5OH)3Si−O−Si(C2H5OH)3, 最后得到链状聚合物[18]. 反应式如下:由反应式可知, 1mol TEOS完全水解需要2mol水. 当n(H2O) /n(TEOS)＜2时, TEOS不能完全水解,需要初期生成的硅羟基脱水缩合产生水以继续水解,水成为水解缩聚反应的制约因素. 实验过程中发现,缩聚产物PES的粘度随水量增加而增大,说明水量增多时水解缩聚速率加快, 有更多高分子聚合物生成. Hohenesche等[17]经过多次实验, 认为成球好坏的决定性因素是 PES粘度大小. 因此, 精确控制水量是整个实验的关键. n(H2O) /n(TEOS)为 5.60时,硅胶微球平均粒径6.6μm, 粒径分布宽度为 3.00; n(H2O)/n(TEOS)为 8.20时, 硅胶微球粒径增至21.7μm, 同时粒径分布范围宽度增至 4.03; 若n(H2O)/n(TEOS)进一步增大, 聚合产物易形成三维短链交联结构的凝胶[18], 导致旋蒸时出现“果冻”现象, 不利于后续二次催化水解过程的顺利进行.2.2.2 乙醇量的影响保持其它反应条件不变, 一次催化过程中乙醇量与硅胶微球粒径的关系如图 4所示, 硅胶微球粒径随乙醇量的增加而增大. 乙醇与 TEOS摩尔比从3.38增至8.44时, 制得硅胶微球平均粒径从6.9μm增至15.0μm, 同时粒径分布宽度也有所增加. 从反应平衡角度来讲, 乙醇在水解缩聚反应中承担双重角色: 一方面, 乙醇是TEOS、PES的良好溶剂, 在反应过程中充当分散剂, 起着稀释反应物、降低反应速率的作用; 另外乙醇还是水解缩聚反应的产物,一定程度上抑制水解缩聚反应向脱醇方向进行. 另一方面, 反应体系中加入适量乙醇可以促进 TEOS溶解, 使反应更加均匀, 并且乙醇粘度比较小, 可以降低反应体系粘度, 减小传质扩散阻力, 促进反应进行. 两方面共同作用影响着硅胶微球粒径, 在本实验中, 乙醇主要起促进水解缩聚反应的作用,乙醇量增加而微球粒径增大[19].图4 乙醇量对硅胶微球粒径的影响Fig. 4 Effect of ethanol quantity on SiO2 particle size2.3 二次催化过程对硅胶微球粒径的影响2.3.1 搅拌速率的影响在加入氨水催化剂之前, 高速搅拌 PES、水、异丙醇混合物得到乳白色 O/W 型乳状液[17], 然后加入氨水以引发二次水解缩聚反应, 氨水催化剂与水分子渗透过相膜进入分散相PES液滴内, PES继续水解为硅溶胶, 并缓慢变成二氧化硅凝胶. 因此,乳状液中分散相液滴大小初步决定了硅胶微球粒径.随着搅拌速度的增加, 乳状液在大的搅拌机械力作用下分散为小液滴, 经后续二次水解缩聚反应, 最终制得小粒径硅胶微球. 经显微镜−图像颗粒分析系统测试, 乳状液形成过程中搅拌速度为1700r/min时, 微球平均粒径为5.8μm; 搅拌速度降至 1500r/min时, 微球平均粒径增大至10.2μm, 同时粒径分布宽度也有所增大.2.3.2 NaCl浓度的影响图5 NaCl浓度对硅胶微球粒径的影响Fig. 5 Effect of NaCl concentration on SiO2 particle size保持其它反应条件不变, 在乳状液形成过程中加入微量NaCl电解质, 发现NaCl有增大硅胶微球粒径的作用. 如图 5所示, NaCl浓度从 0增至5mmol/L时, 微球平均粒径从5.8μm增至11.7μm.加入少量电解质, 乳状液带电荷形成双电层而变得比较稳定. 电解质含量增大时, 由于压缩双电层亲水头变小, 不利于形成O/W型乳状液, 而有利于形成 W/O型乳状液体系. 根据乳状液稳定性理论, O/W 型乳状液中分散相液滴尺寸会随着电解质浓度增加而增大, 若体系中油相与水相体积相近, 电解质浓度进一步增加导致 O/W 体系经过双连续相后变成W/O型乳状液, 继而液滴尺寸又随着电解质浓度增加由大变小. 由于该实验水相的量占绝对优势, 这种趋向仅表现为随电解质浓度增加, 分散相液滴由小变大. 因此, 硅胶微球粒径也随着乳状液形成过程中NaCl浓度增加而变大.3 结论以TEOS为原料, 采用二次催化的溶胶−凝胶法,先在酸性条件下使TEOS水解缩聚生成PES, 再在碱性条件下将PES完全水解, 经凝胶、老化、锻烧生成多孔性硅胶微球, 最终制得硅胶微球球形规则,且粒径呈高斯分布. 考察了一次催化水解过程中水量、乙醇量, 二次催化过程中电解质浓度、搅拌速度对硅胶微球粒径的影响. 在一定范围内, 硅胶微球粒径随一次催化水解过程中水量、乙醇量, 乳状液形成过程中 NaCl浓度的增加而增大, 随乳状液形成过程中搅拌速度的增大而减小.参考文献:【相关文献】[1] Unger K K, Skudas R, Schulte M M. Particle packed columns and monolithic columns in high-performance liquid chromatography-comparison and critical appraisal. J. Chromatogr. A, 2008, 1184(1/2): 393−415.[2] Tian Y M, Zhou W H, Yu L X, et al. Self-assembly of monodis-perse SiO2-zinc borate core-shell nanospheres for lubricateon. Mater. Lett., 2007, 61(2): 506−510.[3] Thomas J K. Compaction of porous silica-a photophysical study. Microporous Mesoporous Mater., 2008, 115(3): 399−404.[4] Yoshiumi K, Shunsuke T, Yoshinori S, et al. Enhancement of the photostability of flavylium dye adsorbed on mesoporous silicate. Microporous Mesoporous Mater., 2008, 116(1/2/3): 70−76.[5] Unger K K, Lork K D. Impact of acidic/hydrothermal treatment on pore structural and chromatographic propertiess of porous silicas. J. Chromatogr., 1991, 556(1/2): 395−406. [6] Titulaer M K, Jansen J B H, Geus J W. The preparation and characterization of Sol-Gel silica spheres. J. Non-Cryst. Solids, 1994, 168(1/2): 1−13.[7] Chen S L, Dong P, Yang G H, et al. 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多孔微球及其制备方法、应用与流程
多孔微球是一种具有很小孔隙和孔径的微小颗粒。
它们通常由一种或多种材料制成，如聚合物、陶瓷或金属。
多孔微球具有高比表面积和孔隙结构，使其具有许多应用。
多孔微球的制备方法可以分为物理法和化学法两种。
物理法主要包括震荡法、电沉积法和溶胶凝胶法。
化学法主要包括模板法、凝胶聚合法和溶剂蒸发法。
这些方法的选择取决于所需的多孔微球的特定性能和应用。
多孔微球的应用非常广泛。
它们可用于吸附和催化领域，用于药物传递和缓释系统，用于生物传感器和生物图像学应用，以及用于储能材料和催化剂载体等。
多孔微球的特殊结构和性质使其在这些应用中具有重要的优势。
制备多孔微球的一般流程如下：
1. 选择合适的制备方法，根据所需多孔微球的特定性能和应用；
2. 准备所需材料和试剂，如聚合物、溶液和模板材料等；
3. 配置合适的反应体系和条件，如温度、pH值和反应时间等；
4. 实施制备方法，如溶胶凝胶法，将溶胶滴入溶剂中，形成凝胶微球；
5. 处理制得的多孔微球，如干燥、烧结或后处理等；
6. 对制备得到的多孔微球进行表征和评估，如扫描电子显微镜（SEM）、孔径分布和比表面积测量等；
7. 完善和优化制备方法，以获得理想的多孔微球。
总之，多孔微球是一种重要的微纳米材料，具有广泛的应用潜
力。
通过选择合适的制备方法和流程，并结合具体的应用要求，可以制备出具有理想结构和性能的多孔微球。
多孔氢氧化铝微球多孔氢氧化铝微球是一种具有广泛应用前景的新材料，它具有多孔结构和高比表面积的特点，可以应用于催化、吸附、分离等领域。
本文将从多孔氢氧化铝微球的制备方法、物理化学性质以及应用前景等方面进行介绍。
多孔氢氧化铝微球的制备方法有多种，常见的方法包括溶胶-凝胶法、气相沉积法、模板法等。
其中，溶胶-凝胶法是较为常用的制备方法之一。
它通过将铝源与碱性溶液反应，生成氢氧化铝胶体，然后通过烘干和煅烧等工艺步骤，得到多孔氢氧化铝微球。
气相沉积法则是通过在适当的反应条件下，使气相中的金属有机化合物或金属氯化物与氢氧化铝微球表面发生反应，从而在其表面沉积金属纳米颗粒，形成多孔结构。
模板法则是利用聚苯乙烯等有机物作为模板，通过溶胶-凝胶法或气相沉积法等方法，在模板表面形成氢氧化铝胶体，然后通过煅烧去除模板，得到多孔氢氧化铝微球。
多孔氢氧化铝微球具有较大的比表面积和孔容，这使得它具有优异的物理化学性质。
首先，多孔结构使得多孔氢氧化铝微球具有较大的比表面积，可以提供更多的活性位点，增强其催化活性。
其次，多孔结构还使得多孔氢氧化铝微球具有较大的孔容，可以提供更多的吸附位点，增强其吸附性能。
此外，多孔氢氧化铝微球还具有较好的热稳定性和化学稳定性，可以在较高温度和酸碱条件下稳定工作。
多孔氢氧化铝微球具有广泛的应用前景。
首先，由于其较大的比表面积和孔容，多孔氢氧化铝微球可以应用于催化领域。
例如，它可以作为催化剂载体，通过负载适当的金属纳米颗粒，在催化反应中发挥催化作用。
其次，多孔氢氧化铝微球还可以应用于吸附和分离领域。
由于其较大的孔容和吸附位点，它可以用于吸附废水中的重金属离子、有机物等污染物，实现水处理和废物处理。
此外，多孔氢氧化铝微球还可以应用于药物缓释、电池材料等领域。
多孔氢氧化铝微球具有多孔结构和高比表面积的特点，可以应用于催化、吸附、分离等领域。
通过不同的制备方法，可以得到具有不同孔径和孔结构的多孔氢氧化铝微球。
二氧化硅微球的可控制备二氧化硅微球是一种具有广泛应用前景的材料，其制备的可控性对于其性能和应用具有重要影响。
本文将介绍几种常见的可控制备二氧化硅微球的方法，并讨论其优缺点。
一、溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是制备二氧化硅微球常用的方法之一。
首先，通过水解和缩聚反应制备溶胶，然后将溶胶滴入某种油相中，形成乳液。
接下来，通过热处理或化学反应使溶胶凝胶化，生成二氧化硅微球。
该方法具有制备工艺简单、可控性较好的优点，但对于微球的尺寸和形貌的控制有一定的局限性。
二、模板法模板法是制备二氧化硅微球的常用方法之一。
该方法通过选择合适的模板和二氧化硅前体，将前体溶液浸渍到模板孔道中，并经过一系列的处理步骤，如溶胶凝胶化、模板的去除等，最终得到二氧化硅微球。
该方法可以通过选择不同的模板和处理条件，实现对微球尺寸、孔结构等性质的可控制备。
然而，模板法需要使用模板，且模板的去除步骤可能会对微球的形貌和结构产生一定的影响。
三、微乳液法微乳液法是一种通过调控乳液的性质来制备二氧化硅微球的方法。
该方法将溶胶和乳化剂加入到水相中，形成稳定的微乳液。
接下来，通过水解和凝胶化反应，将溶胶转变为二氧化硅微球。
微乳液法具有制备过程简单、可控性较好的优点，且可以制备出具有较高比表面积和孔结构的二氧化硅微球。
然而，微乳液法对乳液的稳定性要求较高，且溶胶的浓度和pH值等因素也会对微球的形貌和性质产生影响。
四、气相法气相法是一种通过气相沉积的方式制备二氧化硅微球的方法。
该方法通常采用化学气相沉积（CVD）或物理气相沉积（PVD）的方法，通过控制沉积条件和前体气体的浓度，使二氧化硅在载体表面沉积并形成微球。
气相法可以制备出具有高纯度和较大尺寸的二氧化硅微球，但对于微球的形貌和孔结构的控制相对较难。
可控制备二氧化硅微球的方法有溶胶-凝胶法、模板法、微乳液法和气相法等。
这些方法各有优缺点，可以根据具体需求选择合适的方法进行制备。
未来，随着材料科学和制备技术的发展，相信可控制备二氧化硅微球的方法将得到进一步改进和创新，使其在更广泛的领域得到应用。
多孔微球的制备方法一、乳液聚合法。
这就像是一场神奇的魔法呢。
把单体、引发剂、乳化剂这些材料混合在一起，就像把不同性格的小伙伴凑到一块儿。
单体就像一个个小积木，在乳化剂的帮助下，在水相中分散开来。
引发剂就像个小火花，一点燃，那些单体小积木就开始手拉手聚合起来啦。
在这个过程中，会形成小液滴，液滴里面的物质不断聚合，最后就变成了微球。
而且在这个过程中，通过一些巧妙的设计，就能让微球内部形成很多小孔洞，就像小蜂窝似的。
二、相分离法。
这个方法有点像玩分层游戏呢。
先把聚合物溶解在一种溶剂里，然后再加入另一种溶剂。
这两种溶剂就像两个不太合得来的朋友，它们会让聚合物的溶液发生相分离。
聚合物会聚集在一起，形成一个个小团块。
随着溶剂的进一步处理，这些小团块就会变成微球。
在这个过程中，因为相分离的特殊情况，微球内部就会出现多孔的结构。
就好像是在聚合物聚集的时候，留下了很多小空隙，最后就成了多孔微球。
三、模板法。
这就像是照着模具做东西一样有趣。
先准备好一种模板材料，这个模板材料有着特殊的结构。
然后把想要做成多孔微球的材料填充到这个模板里面。
等填充好了，再把模板去掉，就像脱模一样。
这样留下来的材料就形成了多孔微球。
这个方法可以很精准地控制多孔微球的孔的形状和大小呢，就像按照我们心里想的样子来打造。
四、喷雾干燥法。
想象一下，把含有聚合物和一些添加剂的溶液通过一个小喷头喷出去。
溶液在喷出去的瞬间，就像天女散花一样。
在这个过程中，溶剂快速挥发，聚合物就聚集在一起形成微球。
因为溶剂挥发的过程中会产生一些空隙，所以就形成了多孔的结构。
这个方法做出来的多孔微球还挺均匀的呢，就像一群训练有素的小士兵，大小和形状都比较一致。
宝子，这些就是多孔微球常见的制备方法啦，是不是感觉还挺有趣的呢？。
第26卷 第10期 无 机 材 料 学 报Vol. 26No. 102011年10月Journal of Inorganic Materials Oct., 2011收稿日期: 2010-11-25; 收到修改稿日期: 2011-01-17基金项目: 江苏省科技支撑计划项目(BE2010731); 大连市科学技术基金(2009J22DW015)Science and Technology Support Project of Jiangsu Province (BE2010731); Dalian Science and Technology Founda-tion (2009J22DW015)作者简介: 赵贝贝(1985−), 女, 博士研究生. E-mail: gentlebeibei@ 通讯作者: 王风云, 教授. E-mail: wangfywater@文章编号: 1000-324X(2011)10-1090-05 DOI: 10.3724/SP.J.1077.2011.01090二次催化溶胶−凝胶法制备多孔硅胶微球赵贝贝1, 许婵婵2, 唐 涛1,3, 李 彤3, 张维冰3,4, 王风云1(1. 南京理工大学 工业化学研究所, 南京210094; 2. 胜利石油管理局钻井工艺研究院, 东营 257017; 3. 大连依利特分析仪器有限公司, 大连116023; 4. 华东理工大学 化学与分子工程学院, 上海 200237)摘 要: 以四乙氧基硅烷(TEOS)为原料, N,N-二甲基甲酰氨(DMF)为模板, 采用二次催化的溶胶−凝胶法制得微米级多孔性硅胶微球. 考察了一次催化水解缩聚过程中水量、乙醇量, 二次催化反应过程中电解质浓度、搅拌速度对微球粒径的影响, 并采用扫描电子显微镜(SEM)、激光粒度分布仪、比表面及孔径分析仪、显微镜−图像颗粒分析系统进行表征. 结果表明, 制得硅胶微球球形规则且无团聚现象, 平均粒径(D 50)为8.9μm, 粒径呈典型高斯分布, 比表面积546.67m 2/g, 孔体积0.7142m 3/g, 孔径主要分布在2~8nm 之间, 分布范围窄; 硅胶微球粒径大小随一次催化过程中水量、乙醇量及二次催化过程中电解质浓度增加而增大, 随乳状液形成过程中搅拌速度加快而减小. 关 键 词: 硅胶微球; 二次催化; 溶胶−凝胶法 中图分类号: TQ127 文献标识码: APreparation of SiO 2 Microspheres by Two-step Catalytic Sol-Gel MethodZHAO Bei-Bei 1, XU Chan-Chan 2, TANG Tao 1,3, LI Tong 3, ZHANG Wei-Bing 3,4, WANG Feng-Yun 1(1. Institute of Industrial Chemistry, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China; 2. Research Insti-tute of Drilling Technology, Shengli Petroleum Administration of Sinopec, Dongying 257017, China; 3. Dalian Elite Analytical Instruments Co., Ltd., Dalian 116023, China; 4. School of Chemistry and Molecular Engineering, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China)Abstract: Micrometer SiO 2 microspheres were prepared by two-step catalytic Sol-Gel method with tetraethoxysi-lane (TEOS) as starting material and N,N-Dimethylformamide (DMF) as template. The effects of some factors on the diameter and particle size distribution of the SiO 2 microspheres were discussed, such as H 2O quantity and etha-nol quantity during the first catalytic process, the electrolyte concentration and stirring speed during the secondary catalytic process. SiO 2 microspheres were characterized by SEM, Zetasizer, BET measurements and micro-scope-particle image analysis system. Results show that SiO 2 microspheres are mostly regular-ball with no particle agglomeration. The mean particle size (D 50) is 8.9μm, and the particle size distribution follows typical Gaussian distribution. The specific surface area is 546.67m 2/g, and pore volume is 0.7142m 3/g, with a narrow pore size varied from 2nm to 8nm. Also the particle size increases with water quantity, ethanol quantity and NaCl concentration in-creaing, but decreases with stirring speed acceleration.Key words: SiO 2 microspheres; two-step catalysis; Sol-Gel method硅胶是极其重要的高科技超微细无机材料之一, 具有粒径小、比表面积大、表面吸附力强、表面能大, 以及优越的稳定性、补强性、增稠性、触变性等, 在众多学科及领域内独具特性, 有着不可取代第10期赵贝贝, 等: 二次催化溶胶−凝胶法制备多孔硅胶微球 1091的作用. 其中, 硅胶微球是开发最早、研究最深入、应用最广泛的高效液相色谱固定相基质[1]. 此外, 多孔性硅胶微球还广泛应用于催化剂、化妆品和油墨添加剂等领域[2-4]. 溶胶−凝胶法是制备硅胶微球的常用方法, 通常在酸性或碱性条件下使硅源水解缩聚得到硅胶微球[5]. 酸性条件下, 硅源水解速率大于其缩聚速率, 易形成多孔性结构; 而在pH值7~9的弱碱性条件下, 硅源缩聚速率大于其水解速率, 并最终形成无孔的凝胶状结构[6]. 传统溶胶−凝胶法制得微球通常为微米级或亚微米级的无孔硅胶微球[7]. Unger等[8]首次采用二次催化的溶胶−凝胶法, 先在酸性条件下将正硅酸乙酯催化水解得到一定分子量的交联溶胶, 再在碱性条件下将溶胶凝胶、老化, 得到硅胶微球粒度范围为2~25μm. 催化过程中反应物浓度、温度、pH值以及硅源种类等条件对硅胶粒度、结构的影响, 也得到了详细的探讨[9-11]. 为研究二次催化溶胶−凝胶法制备硅胶微球的反应机理, Bernards等[12-13]将四乙氧基锗烷(TEOG)引入反应, 研究其对TEOS水解、缩聚过程的影响. 此外, 在二次催化水解过程中加入模板物质, 有助于调控硅胶孔结构, 制得粒度均匀、孔结构均一的硅胶微球[14-15]. Choi等[16]以正硅酸甲酯为硅源, 以聚环氧乙烷、聚环氧丙烷为模板, 制得孔结构规整的硅胶. Hohenesche等[17]以硅酸乙酯40为硅源、DMF为模板, 两步水解缩聚制得平均粒径为6μm的硅胶微球, 并用作液相色谱固定相基质. 二次催化水解过程中加入模板形成乳状液后, 硅胶微球的粒径主要由乳状液中的分散液滴粒径决定. 在乳状液中加入微量电解质, 通过对乳状液的形成、分散液滴粒径的影响调整硅胶微球粒径, 而有关此方面的研究尚未有报道.本工作采用二次催化溶胶−凝胶法, 以TEOS为硅源, N,N-二甲基甲酰氨(DMF)为模板, 制备硅胶微球, 并研究了一次催化水解过程中水量、乙醇量, 二次催化水解过程中电解质浓度、搅拌速度对微球粒径的影响.1实验1.1制备方法多孔硅胶微球的制备主要分为两步: 先在酸性条件下使TEOS水解缩聚生成聚乙氧基硅烷(PES); 再在碱性条件下使PES完全水解, 静置老化形成二氧化硅凝胶球. 在250mL三口烧甁中加入25mL TEOS、一定量乙醇溶剂、盐酸催化剂, 不断搅拌并以0.5mL/min的速度向三口烧甁中逐滴加入水, 滴加完毕后继续搅拌1h使反应完全, 旋蒸除去乙醇、盐酸等物质. 然后向旋蒸后PES中加入50mL水、30mL异丙醇、1.2mL DMF, 高速搅拌以形成O/W 型乳状液, 加入1mL氨水催化剂引发二次水解缩聚反应, 以1700r/min搅拌反应30min, 静置24h, 将下层白色沉淀抽滤、洗涤, 150℃下烘干5h, 650℃下煅烧6h, 得到多孔硅胶微球.1.2 表征以日本GEOL公司的JSM-6380LV型扫描电子显微镜观察硅胶微球的大小及形貌, 以XSZ-HS3型显微镜−图像颗粒分析系统观察硅胶微球的大小及分散状况. 硅胶微球粒径分布采用丹东百特公司生产BT-9300H激光粒度分析仪测试. 以D50表示微球平均粒径, D90/D10表示粒径分布宽度, 统计颗粒数目不少于100个. 比表面积及孔径测试在北京金埃谱科技有限公司的V-Sorb 2800P比表面积及孔径分析仪上进行, 测试前经120℃真空干燥2h, 液氮温度下测量样品在不同氮气分压下的氮气饱和吸附量, 由BET公式计算得到样品的比表面积.2结果与讨论2.1微球形貌结构分析图1(a)为硅胶微球表面形态的扫描电镜照片, 微球球形规则且表面光滑, 无团聚现象, 由扫描电镜图得到微球平均粒径为 5.8μm, 粒径分布宽度为2.50. 经激光粒度分析仪测试, 硅胶微球的粒径呈典型高斯分布, 如图1(b)所示. 由此可见, 硅胶微球粒径分布宽度较窄, 单分散性较好.硅胶的吸附脱附等温线如图2(a)所示, 吸附分支和脱附分支比较靠近, 为第四类吸附等温线, 表明孔结构为近似圆筒状结构. 基于硅胶的吸附脱附等温线计算得到硅胶的孔径分布图, 如图2(b)所示, 孔径主要分布在2~8nm之间, 孔径分布窄. 经BET法计算得到, 硅胶微球比表面积达546.67m2/g, 孔体积0.7142m3/g, 与部分商品化的高比表面积硅胶相关数据接近.2.2一次催化过程对硅胶微球粒径的影响2.2.1水量影响在一次催化水解缩聚过程中, 保持恒定的水滴加速度, 改变滴加时间, 得到硅胶微球粒径随水量变化如图3所示. 从图3可以看出, 随着水量的增加, 硅胶微球平均粒径及粒径分布宽度均增大, 单分散性变差.1092无 机 材 料 学 报 第26卷图1 硅胶微球的扫描电镜照片(a)和粒度分布图(b)Fig. 1 SEM image (a) and particle size distribution (b) of SiO 2microspheres图2 硅胶微球的吸附脱附等温线图(a)和孔径分布图(b) Fig. 2 N 2 adsorption/desorption isotherms (a) and pore size distribution curve (b) of SiO 2 microspheres图3 水量对硅胶微球粒径的影响Fig. 3 Influence of H 2O quantity on SiO 2 particle size酸性条件下, TEOS 与水发生水解缩聚生成PES. 首先, H +亲电进攻TEOS 分子中一个−OC 2H 5基团使之质子化, 电子云向该−OC 2H 5基团偏移, 造成硅原子另一侧表面空隙加大并呈亲电性, 易于阴离子进攻, 反应速率加快. 同时, 由于位阻及中间体稳定性等原因, TEOS 已有一个−OC 2H 5水解为−OH, 其余−OC 2H 5基团反应活性降低, 继续发生−OH 取代的可能性减小, 水量不足时首先生成最低水解产物(C 2H 5OH)3Si −OH, 然后脱水缩合为(C 2H 5OH)3Si − O −Si(C 2H 5OH)3, 最后得到链状聚合物[18]. 反应式如下:m [Si(OC 2H 5)4+n H 2O]→[(C 2H 5O)4-2n SiO n ]m +2mn C 2H 5OH由反应式可知, 1mol TEOS 完全水解需要2mol 水. 当n (H 2O) /n (TEOS)<2时, TEOS 不能完全水解, 需要初期生成的硅羟基脱水缩合产生水以继续水解, 水成为水解缩聚反应的制约因素. 实验过程中发现, 缩聚产物PES 的粘度随水量增加而增大, 说明水量增多时水解缩聚速率加快, 有更多高分子聚合物生成. Hohenesche 等[17]经过多次实验, 认为成球好坏的决定性因素是PES 粘度大小. 因此, 精确控制水量是整个实验的关键. n (H 2O) /n (TEOS)为5.60时, 硅胶微球平均粒径 6.6μm, 粒径分布宽度为 3.00; n (H 2O)/n (TEOS)为8.20时, 硅胶微球粒径增至21.7μm, 同时粒径分布范围宽度增至 4.03; 若n (H 2O)/n (TEOS)进一步增大, 聚合产物易形成三维短链交联结构的凝胶[18], 导致旋蒸时出现“果冻”现象, 不利于后续二次催化水解过程的顺利进行. 2.2.2 乙醇量的影响保持其它反应条件不变, 一次催化过程中乙醇量与硅胶微球粒径的关系如图4所示, 硅胶微球粒径随乙醇量的增加而增大. 乙醇与TEOS 摩尔比从3.38增至8.44时, 制得硅胶微球平均粒径从6.9μm第10期赵贝贝, 等: 二次催化溶胶−凝胶法制备多孔硅胶微球 1093图4 乙醇量对硅胶微球粒径的影响Fig. 4 Effect of ethanol quantity on SiO2 particle size增至15.0μm, 同时粒径分布宽度也有所增加. 从反应平衡角度来讲, 乙醇在水解缩聚反应中承担双重角色: 一方面, 乙醇是TEOS、PES的良好溶剂, 在反应过程中充当分散剂, 起着稀释反应物、降低反应速率的作用; 另外乙醇还是水解缩聚反应的产物, 一定程度上抑制水解缩聚反应向脱醇方向进行. 另一方面, 反应体系中加入适量乙醇可以促进TEOS 溶解, 使反应更加均匀, 并且乙醇粘度比较小, 可以降低反应体系粘度, 减小传质扩散阻力, 促进反应进行. 两方面共同作用影响着硅胶微球粒径, 在本实验中, 乙醇主要起促进水解缩聚反应的作用, 乙醇量增加而微球粒径增大[19].2.3二次催化过程对硅胶微球粒径的影响2.3.1搅拌速率的影响在加入氨水催化剂之前, 高速搅拌PES、水、异丙醇混合物得到乳白色O/W型乳状液[17], 然后加入氨水以引发二次水解缩聚反应, 氨水催化剂与水分子渗透过相膜进入分散相PES液滴内, PES继续水解为硅溶胶, 并缓慢变成二氧化硅凝胶. 因此, 乳状液中分散相液滴大小初步决定了硅胶微球粒径. 随着搅拌速度的增加, 乳状液在大的搅拌机械力作用下分散为小液滴, 经后续二次水解缩聚反应, 最终制得小粒径硅胶微球. 经显微镜−图像颗粒分析系统测试, 乳状液形成过程中搅拌速度为1700r/min时, 微球平均粒径为5.8μm; 搅拌速度降至1500r/min时, 微球平均粒径增大至10.2μm, 同时粒径分布宽度也有所增大.2.3.2 NaCl浓度的影响保持其它反应条件不变, 在乳状液形成过程中加入微量NaCl电解质, 发现NaCl有增大硅胶微球粒径的作用. 如图5所示, NaCl浓度从0增至5mmol/L时, 微球平均粒径从5.8μm增至11.7μm. 图5 NaCl浓度对硅胶微球粒径的影响Fig. 5 Effect of NaCl concentration on SiO2 particle size加入少量电解质, 乳状液带电荷形成双电层而变得比较稳定. 电解质含量增大时, 由于压缩双电层亲水头变小, 不利于形成O/W型乳状液, 而有利于形成W/O型乳状液体系. 根据乳状液稳定性理论, O/W型乳状液中分散相液滴尺寸会随着电解质浓度增加而增大, 若体系中油相与水相体积相近, 电解质浓度进一步增加导致O/W体系经过双连续相后变成W/O型乳状液, 继而液滴尺寸又随着电解质浓度增加由大变小. 由于该实验水相的量占绝对优势, 这种趋向仅表现为随电解质浓度增加, 分散相液滴由小变大. 因此, 硅胶微球粒径也随着乳状液形成过程中NaCl浓度增加而变大.3 结论以TEOS为原料, 采用二次催化的溶胶−凝胶法, 先在酸性条件下使TEOS水解缩聚生成PES, 再在碱性条件下将PES完全水解, 经凝胶、老化、锻烧生成多孔性硅胶微球, 最终制得硅胶微球球形规则, 且粒径呈高斯分布. 考察了一次催化水解过程中水量、乙醇量, 二次催化过程中电解质浓度、搅拌速度对硅胶微球粒径的影响. 在一定范围内, 硅胶微球粒径随一次催化水解过程中水量、乙醇量, 乳状液形成过程中NaCl浓度的增加而增大, 随乳状液形成过程中搅拌速度的增大而减小.参考文献:[1] Unger K K, Skudas R, Schulte M M. 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