[发明专利]复合模板法制备介孔二氧化硅微球的方法

说明书

一、技术领域

本发明属于介孔二氧化硅微球的制备技术，特别涉及一种复合模板法制备介孔二氧化硅微球的方法。

二、背景技术

现有技术：1992年Kresge等首次报道了MCM-41氧化硅类的有序介孔分子筛材料的合成方法，引起了有序介孔材料的研究热潮。这种据称按液晶模板机理(“Liquid Crystal Template”mechanism，LCT)形成的分子筛给介孔固体材料的合成和应用带来了无限生机。通常它是利用有机分子表面活性剂作为模板剂，与无机源进行界面反应，以某种协同或自组装方式形成由无机离子聚集体包裹的规则有序的胶束组装体，再通过煅烧或萃取等方式除去有机物质，保留无机骨架，形成多孔的纳米尺寸的介孔结构。MCM-41介孔材料具有规则有序的周期性孔道结构、高度均一的孔径、很高的比表面积、良好的热稳定性和水热稳定性，这些优异特性使其在催化剂及催化剂载体、吸附和分离、半导体材料和光电子器件、传感器及调节器阵列等领域具有很高的学术研究和工程应用价值。

我们知道，介孔尺寸使处理更大的分子或基团成为可能，因此介孔固体用作人工异质组装体系的载体，即异质纳米颗粒(或分子)组装在介孔固体的孔内，形成介孔复合体，可开发各种新型的功能和用途。此外，利用高分子的复合稳定作用将纳米介孔颗粒表面包覆起来，可以制备性能优异的聚合物基纳米复合材料。由于纳米颗粒比表面积大和界面相互作用强，使得聚合物基纳米复合材料表现出不同于一般填料填充的复合材料的力学、热学、电及光学性能。不仅如此，纳米复合材料还可能具有原组分不具备的特殊性能或功能。利用纳米材料与聚合物基体的相互作用产生新的效应，实现二者之间优势的互补，开发性能优异的新兴材料，已经成为当前研究的重要方向之一。

因此如何有效地改善其结构和性能，开发它在各个领域的应用价值，这已经成为介孔材料学科的首要发展方向。但是目前介孔二氧化硅及其组装、复合材料的制备还是停留在研究阶段，很多尚不能投入实际应用。其中关键的原因之一是主体材料——介孔二氧化硅的制备技术不稳定，实验中的条件难以控制，并且原料成本太高。因此要研究、开发和应用以纳米介孔二氧化硅为基体的功能材料，必须首先研究介孔二氧化硅的制备方法和工艺，寻找一条技术成熟稳定，节省时间和成本的合成路线，一旦这方面的工作有了突破，那么由介孔二氧化硅组装制备的功能复合材料将会有突飞猛进的进展。

三、发明内容

技术问题：本发明提供一种复合模板法制备介孔二氧化硅微球的方法，该方法采用低成本的阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂作为模板，操作简单，成本能耗低，生产周期短，产率高。制备的介孔二氧化硅微球外形规整，分散性好，无团聚，粒径小而均匀，比表面积大，孔道规整有序，且可通过改变反应条件来控制调节所制介孔二氧化硅微球的尺寸。

技术方案：一种复合模板法制备介孔二氧化硅微球的方法，制备步骤为：配制浓度为1.8～3.0mol/L的氨水溶液，根据氨水溶液中溶剂水的量计算正硅酸四乙酯(TEOS)的用量，其中正硅酸四乙酯与溶剂水的摩尔比为1∶600～800；向氨水溶液中加入模板剂和助模板剂，加入量为模板剂与正硅酸四乙酯的摩尔比为0.1～0.3∶1，助模板剂与正硅酸四乙酯的摩尔比为0.005～0.025∶1，搅拌溶解；将上步所得混合溶液加热至30～80℃，再以10滴/min的速度滴加计算量的正硅酸四乙酯，在1000～1500rad/min的恒定搅拌速度下反应5～6h后结束；将上步所得混合物干燥后得到介孔二氧化硅原粉；将烘干的二氧化硅原粉于550～580℃焙烧5～6小时脱除模板剂，即得纯介孔二氧化硅微球。模板剂为阳离子表面活性剂。阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。助模板剂为非离子表面活性剂。非离子表面活性剂为平平加Os-25、聚醚F127、聚醚L64或聚乙二醇。

反应机理：

nSi(OC₂H₅)₄+4nH₂OnSi(OH)₄+4nC₂H₅OH    ①

nSi(OH)₄→nSiO₂+2nH₂O    ②