CN112209389A - 一种超细纳米二氧化硅球的制备方法 - Google Patents

一种超细纳米二氧化硅球的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112209389A
CN112209389A CN202010950633.4A CN202010950633A CN112209389A CN 112209389 A CN112209389 A CN 112209389A CN 202010950633 A CN202010950633 A CN 202010950633A CN 112209389 A CN112209389 A CN 112209389A
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon dioxide
preparation
stirring
nano
raw material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010950633.4A
Other languages
English (en)
Inventor
王发根
韩凯航
张林佳
汪炎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University
Original Assignee
Jiangsu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN202010950633.4A priority Critical patent/CN112209389A/zh
Publication of CN112209389A publication Critical patent/CN112209389A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C01B33/18—Preparation of finely divided silica neither in sol nor in gel form; After-treatment thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/30—Particle morphology extending in three dimensions
    • C01P2004/32—Spheres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及一种超细纳米二氧化硅球的制备方法，具体包括以下几个步骤：(1)将一定量碱性氨基酸溶于水，加入适量非极性有机溶剂，恒温水浴搅拌，完全混溶后加入有机硅原料，使用机械搅拌器搅拌，得到二氧化硅悬浊液；(2)对步骤(1)得到的二氧化硅悬浊液离心洗涤2～3次后烘干，得到沉淀物，将沉淀物研磨成粉末后，置于马弗炉中焙烧，得到所述的超细纳米二氧化硅球。本发明制备的纳米二氧化硅球粒径较小，最低可至10nm。可以通过调整转速、温度、浓度等可控制二氧化硅球的粒径大小，制作过程简单产量较高。本发明制备的低纳米二氧化硅球可广泛应用于生物医药、化妆品、橡胶、颜料等行业，有着广阔的应用前景。

Description

一种超细纳米二氧化硅球的制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料领域，涉及一种超细纳米二氧化硅球的制备方法。
背景技术
纳米二氧化硅是一种无机化工材料，在工业领域和科研领域中起着重要作用。由于其良好的光学性能、机械强度、耐热性及耐化学性质等，广泛应用于涂料颜料、玻璃陶瓷、塑料橡胶、药物医疗等行业。根据使用的方法不同，对二氧化硅的粒径尺寸的要求也存在差异。目前常见的生产纳米二氧化硅的方法主要有水解沉淀法，溶胶凝胶法和气相法等，得到的纳米二氧化硅球尺寸在20-100nm之间，甚至达到0.9μm(CN 110589841 A)。由于其尺寸较大，二氧化硅的比表面积通常较小。如何获得更低尺寸的纳米二氧化硅依然具有较大挑战。因为当二氧化硅尺寸越低时，颗粒表面引起较大的表面能使得二氧化硅很容易团聚，造成其颗粒堆积聚集。实现制备低尺寸二氧化硅纳米颗粒的同时保持其良好的分散性是要解决的主要问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明首次采用有机硅原料微乳液控制氨解法制取纳米二氧化硅球，通过对反应条件的调控，实现二氧化硅纳米粒径尺寸大小的控制。二氧化硅球粒径最小可以低至10nm左右，为目前合成的最小尺寸的二氧化硅球，且能够保持单颗粒均匀分散不团聚。该方法操作简单、便捷有效且成本低廉，有很大希望可以规模化生产。
本发明的目的在于提供一种超细纳米二氧化硅球的制备方法，该方法利用有机硅原料微乳液控制氨解法制取二氧化硅球，通过改变反应条件(浓度、温度、转速)来控制二氧化硅的粒径。为了实现上述目的，所采用的技术方案为：
一种超细纳米二氧化硅球的制备方法，包括如下步骤：
(1)恒温条件下，将碱性氨基酸溶于水，加入适量非极性溶剂搅拌混溶，待完全混溶后缓慢加入有机硅原料，采用机械搅拌器搅拌，得到二氧化硅悬浊液；
(2)对步骤(1)得到的二氧化硅悬浊液离心洗涤后烘干，得到沉淀物，将沉淀物研磨成粉末后，置于马弗炉中焙烧，得到所述的超细纳米二氧化硅球。
步骤(1)中，碱性氨基酸、水、非极性溶剂、有机硅原料的用量比例为1.0～2.0g：100～200mL：5～20mL：100～150mL。
步骤(1)中，所述碱性氨基酸为精氨酸、赖氨酸或组氨酸；非极性溶剂为甲苯、正己烷、戊烷或环己烷；有机硅原料为正硅酸乙酯异丙酯或原硅酸四乙酯。
进一步地，所述碱性氨基酸为赖氨酸；非极性溶剂为环己烷；有机硅原料为原硅酸四乙酯。
步骤(1)中，实验过程需要密封，防止非极性溶剂挥发，有机硅原料的加入速率为2～3mL/min，加入过程中不停搅拌。
步骤(1)中，恒温条件为：恒温水浴，温度为40～80℃。
步骤(1)中，使用机械搅拌器全程搅拌，搅拌速度为500～800r/min，搅拌时间为24-48h。
步骤(2)中，洗涤离心次数为2～3次，洗涤溶液为去离子水，离心速率为4000～7500r/min。
步骤(2)中，烘干温度为100～150℃，烘干的时间为8～15小时。
步骤(2)中，马弗炉焙烧的温度为500～700℃，焙烧时间为2～5小时。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明所述的一种超细纳米二氧化硅球的制备方法，制备的二氧化硅粒径较小，粒径最低可为10nm左右。
(2)本发明所述的一种超细纳米二氧化硅球的制备方法产率较高，操作简单，成本低廉，有很大希望可以扩大规模生产。
(3)本发明所述的一种超细纳米二氧化硅球的制备方法，可以通过改变制备条件来调整二氧化硅球的粒径，来满足不同尺寸的二氧化硅球应用于不同领域。
附图说明
图1为本发明实施例1所制备的纳米二氧化硅球的粒径分布图(a)和透射电镜图(b、c)。
图2为本发明实施例2所制备的纳米二氧化硅球的粒径分布图(a)和透射电镜图(b)。
图3为本发明实施例3所制备的纳米二氧化硅球的粒径分布图(a)和透射电镜图(b)。
图4为本发明实施例4所制备的纳米二氧化硅球的粒径分布图(a)和透射电镜图(b)。
图5为本发明实施例5所制备的纳米二氧化硅球的粒径分布图(a)和透射电镜图(b)。
图6为本发明实施例1所制备的纳米二氧化硅球的XRD衍射谱图。
图7为本发明实施例1所制备的纳米二氧化硅球的BET测试图。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明一种超细纳米二氧化硅球的制备方法，达到预期发明目的，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种超细纳米二氧化硅球的制备方法，其具体实施方式和结果有详细说明如后。在下述讨论的实例只是为了说明，，可以加以改造和变换，而所有的这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求。
实施例1
(1)称取1.46g赖氨酸，溶于139ml水，加入8.7ml环己烷，水浴40℃搅拌溶解。待赖氨酸、水、环己烷完全混溶后，调整转速为500r/min，以2～3ml/min的速率加入总计112ml原硅酸四乙酯，保持40℃恒温水浴和500r/min的搅拌速度24h，得到二氧化硅悬浊液。
(2)将二氧化硅悬浊液洗涤离心3次，洗涤液为去离子水，离心速率为5000r/min，120℃烘干，将得到的沉淀物研磨成粉末，置于马弗炉中600℃焙烧4h。得到纳米二氧化硅球白色粉末。
图1为本实施例制备的纳米二氧化硅球的透射电镜图和粒径分布图，氧化硅球的平均直径为9.5nm。图6为本发明实施例制备的纳米二氧化硅球的XRD衍射谱图，表现出典型的无定型氧化硅衍射峰，衍射峰宽化说明其粒径较小。图7为本发明实施例制备的纳米二氧化硅球的比表面积(BET)测试图，其比表面积达到283m2/g。
实施例2
(1)称取1.46g赖氨酸，溶于139ml水，加入8.7ml环己烷，水浴40℃搅拌溶解。待赖氨酸、水、环己烷完全混溶后，调整转速为500r/min，以2～3ml/min的速率加入总计112ml原硅酸四乙酯，保持60℃恒温水浴和500r/min的搅拌速度24h，得到二氧化硅悬浊液。
(2)将二氧化硅悬浊液洗涤离心3次，洗涤液为去离子水，离心速率为5000r/min，120℃烘干，将得到的沉淀物研磨成粉末，置于马弗炉中600℃焙烧4h。得到纳米二氧化硅球白色粉末。
图2为本实施例制备的纳米二氧化硅球的透射电镜图和粒径分布图，氧化硅球的平均直径为17.8nm。
实施例3
(1)称取1.46g赖氨酸，溶于139ml水，加入8.7ml环己烷，水浴40℃搅拌溶解。待赖氨酸、水、环己烷完全混溶后，调整转速为500r/min，以2～3ml/min的速率加入总计112ml原硅酸四乙酯，保持80℃恒温水浴和500r/min的搅拌速度24h，得到二氧化硅悬浊液。
(2)将二氧化硅悬浊液洗涤离心3次，洗涤液为去离子水，离心速率为5000r/min，120℃烘干，将得到的沉淀物研磨成粉末，置于马弗炉中600℃焙烧4h。得到纳米二氧化硅球白色粉末。
图3为本实施例制备的纳米二氧化硅球的透射电镜图和粒径分布图，氧化硅球的平均直径为26.5nm。
实施例4
(1)称取1.46g赖氨酸，溶于139ml水，加入8.7ml环己烷，水浴40℃搅拌溶解。待赖氨酸、水、环己烷完全混溶后，调整转速为800r/min，以2～3ml/min的速率加入总计112ml原硅酸四乙酯，保持60℃恒温水浴和800r/min的搅拌速度24h，得到二氧化硅悬浊液。
(2)将二氧化硅悬浊液洗涤离心3次，洗涤液为去离子水，离心速率为5000r/min，120℃烘干，将得到的沉淀物研磨成粉末，置于马弗炉中600℃焙烧4h。得到纳米二氧化硅球白色粉末。
图4为本实施例制备的纳米二氧化硅球的透射电镜图和粒径分布图，氧化硅球的平均直径为17.1nm。
实施例5
(1)称取14.6g赖氨酸，溶于139ml水，加入8.7ml环己烷，水浴40℃搅拌溶解。待赖氨酸、水、环己烷完全混溶后，调整转速为500r/min，以2～3ml/min的速率加入总计1120ml原硅酸四乙酯，保持60℃恒温水浴和500r/min的搅拌速度24h，得到二氧化硅悬浊液。
(2)将二氧化硅悬浊液洗涤离心3次，洗涤液为去离子水，离心速率为5000r/min，120℃烘干，将得到的沉淀物研磨成粉末，置于马弗炉中600℃焙烧4h。得到纳米二氧化硅球白色粉末。
图5为本实施例制备的纳米二氧化硅球的透射电镜图和粒径分布图，氧化硅球的平均直径为22.8nm。
本发明实施例1～5所述的一种纳米二氧化硅球的制备方法，所制备的二氧化硅粒径较小，其优点在于可以调整其反应条件来控制二氧化硅的粒径，来满足不同情况下对纳米二氧化硅球粒径的需求，可应用于需要纳米二氧化硅颗粒的行业中。当然，以上所述的实施例只是部分实施例，并非对发明实施例做任何形式上的限制，依据本发明实施例的方法技术对反应参数做适当修改但不脱离本发明宗旨的情况下，均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种超细纳米二氧化硅球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)恒温条件下，将碱性氨基酸溶于水，加入适量非极性溶剂搅拌混溶，待完全混溶后缓慢加入有机硅原料，采用机械搅拌器搅拌，得到二氧化硅悬浊液；
(2)对步骤(1)得到的二氧化硅悬浊液离心洗涤后烘干，得到沉淀物，将沉淀物研磨成粉末后，置于马弗炉中焙烧，得到所述的超细纳米二氧化硅球。
2.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，碱性氨基酸、水、非极性溶剂、有机硅原料的用量比例为1.0～2.0g：100～200mL：5～20mL：100～150mL。
3.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碱性氨基酸为精氨酸、赖氨酸或组氨酸；非极性溶剂为甲苯、正己烷、戊烷或环己烷；有机硅原料为正硅酸乙酯异丙酯或原硅酸四乙酯。
4.根据权利要求书3所述的制备方法，其特征在于，所述碱性氨基酸为赖氨酸；非极性溶剂为环己烷；有机硅原料为原硅酸四乙酯。
5.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，实验过程需要密封，有机硅原料的加入速率为2～3mL/min，加入过程中不停搅拌。
6.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，恒温条件为：恒温水浴，温度为40～80℃。
7.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，使用机械搅拌器全程搅拌，搅拌速度为500～800r/min，搅拌时间为24-48h。
8.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，洗涤离心次数为2～3次，洗涤溶液为去离子水，离心速率为4000～7500r/min。
9.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，烘干温度为100～150℃，烘干的时间为8～15小时。
10.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，马弗炉焙烧的温度为500～700℃，焙烧时间为2～5小时。
CN202010950633.4A 2020-09-11 2020-09-11 一种超细纳米二氧化硅球的制备方法 Pending CN112209389A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010950633.4A CN112209389A (zh) 2020-09-11 2020-09-11 一种超细纳米二氧化硅球的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010950633.4A CN112209389A (zh) 2020-09-11 2020-09-11 一种超细纳米二氧化硅球的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112209389A true CN112209389A (zh) 2021-01-12

Family

ID=74050605

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010950633.4A Pending CN112209389A (zh) 2020-09-11 2020-09-11 一种超细纳米二氧化硅球的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112209389A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115744924A (zh) * 2022-12-15 2023-03-07 深圳先进电子材料国际创新研究院 一种微纳米二氧化硅粉体及其制备方法和应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080311397A1 (en) * 2005-03-10 2008-12-18 Japan Science And Technology Agency Regularly Arranged Nanoparticulate Silica and Process for Producing the Same
CN103930368A (zh) * 2011-07-21 2014-07-16 首尔大学校产学协力团 用于均匀尺寸的二氧化硅纳米粒子的批量生产方法
CN104609431A (zh) * 2015-01-19 2015-05-13 武汉金弘扬化工科技有限公司 一种50纳米以下SiO2纳米粒子的合成方法及其粒径控制合成方法
CN107416849A (zh) * 2017-09-06 2017-12-01 青岛科技大学 一种制备单分散纳米二氧化硅粒子的方法
CN109607552A (zh) * 2019-01-15 2019-04-12 河北工业大学 一种制备三维球链状结构二氧化硅的方法
CN110255573A (zh) * 2019-07-30 2019-09-20 周口师范学院 一种二氧化硅纳米微球的制备方法及应用方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080311397A1 (en) * 2005-03-10 2008-12-18 Japan Science And Technology Agency Regularly Arranged Nanoparticulate Silica and Process for Producing the Same
CN103930368A (zh) * 2011-07-21 2014-07-16 首尔大学校产学协力团 用于均匀尺寸的二氧化硅纳米粒子的批量生产方法
CN104609431A (zh) * 2015-01-19 2015-05-13 武汉金弘扬化工科技有限公司 一种50纳米以下SiO2纳米粒子的合成方法及其粒径控制合成方法
CN107416849A (zh) * 2017-09-06 2017-12-01 青岛科技大学 一种制备单分散纳米二氧化硅粒子的方法
CN109607552A (zh) * 2019-01-15 2019-04-12 河北工业大学 一种制备三维球链状结构二氧化硅的方法
CN110255573A (zh) * 2019-07-30 2019-09-20 周口师范学院 一种二氧化硅纳米微球的制备方法及应用方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XIA, LJ: "Fundamental method for controlling monodisperse silica nanoparticles dimension assisted by lysine", 《JOURNAL OF SOL-GEL SCIENCE AND TECHNOLOGY》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115744924A (zh) * 2022-12-15 2023-03-07 深圳先进电子材料国际创新研究院 一种微纳米二氧化硅粉体及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101492164A (zh) 一种单分散二氧化硅微球的制备方法
CN110790306B (zh) 单分散锐钛矿纳米二氧化钛透明液相分散体的制备方法
CN100364897C (zh) 一种纳米铟锡氧化物粉体的制备方法
CN113247941B (zh) 一种低温合成均一球形纳米氧化铈材料的方法
CN107879349B (zh) 一种单分散介孔二氧化硅微球粉及其制备方法
CN111620342B (zh) 一种小尺寸单分散中空二氧化硅微球及其制备方法和应用
CN109336143B (zh) 一步热解法制备纳米氧化镁的方法
Jia et al. Using sonochemistry for the fabrication of hollow ZnO microspheres
CN114195158B (zh) 一种高纯单分散纳米球形二氧化硅粉体的制备方法
CN112209389A (zh) 一种超细纳米二氧化硅球的制备方法
CN113666380A (zh) 一种球形二氧化硅的制备方法
CN110126257B (zh) 一种强度可控半导体纳米晶柔性光电器件的3d打印方法
CN111748220A (zh) 一种基于化学改性实现对纳米二氧化硅表面润湿性的调控方法
CN1206021C (zh) 溶胶凝胶法制造纳米NiO材料的方法
CN112520744B (zh) 一种利用硅溶胶制备纳米SiO2的方法
CN114014362A (zh) 基于冷冻干燥和碳热还原的m相二氧化钒粉体及制备方法
CN113697850A (zh) 一种可极性溶剂分散的钙钛矿纳米晶粉末及其大规模制备方法
CN108862373B (zh) 一种小颗粒纳米氧化锌的制备方法
CN107265427B (zh) 基于三明治界面法制备可控形貌的纳米粒子及其制备方法
CN112174205A (zh) 氢氧化氧钒稳定乙醇溶液分散体系及利用其制备m相vo2纳米粉体的方法
CN111777098A (zh) 一种制备二维氧化铋纳米片的方法
CN115818740B (zh) 一种二氧化钌纳米粉体的合成方法
KR20090027824A (ko) 고순도 구형 실리카 입자의 제조방법
CN113620303B (zh) 一种中性条件下制备多孔纳米二氧化硅小球的方法
CN109112611B (zh) 一种制备单晶Fe2O3纳米颗粒自组装疏松球状纳米结构的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210112

RJ01 Rejection of invention patent application after publication