[发明专利]一种连续可控制备纳米二氧化硅球形颗粒的方法

说明书

本发明提供一种连续可控制备纳米二氧化硅球形颗粒的方法，该方法包括：以醇类作分散剂，有机硅和硅酸盐作为硅源，在碱性催化剂作用下水解得到纳米二氧化硅球形颗粒，再经过干燥处理得到固体产品。其制备过程主要包括：将硅源溶液和催化剂等同时通入微通道混合器强化混合，然后再经过高强度加热至一定温度，陈化反应一定时间后，直接可得到不同尺度的纳米二氧化硅成品颗粒。本发明方法的特点是：可以制备出颗粒尺度10‑1000nm，球形度高，均一度PDI范围为0.02‑0.3的高纯度二氧化硅颗粒，且本发明方法的效率高、产品颗粒均一、纳米尺度可控、产率高、容易放大并且可实现连续性生产。

技术领域

本发明涉及材料制备领域，具体涉及一种连续可控制备纳米二氧化硅球形颗粒的方法。

背景技术

单分散SiO2颗粒的合成在材料领域一直备受关注，其单分散颗粒可自组装成新型多功能材料，能适应在不同领域的特殊应用。精确控制SiO2单分散颗粒的大小对后期装配和合成新型复合材料有着决定性的影响。近三十年来许多学者致力于发展和改进合成不同尺度的技术，纳米二氧化硅材料在工业领域都有着广泛的应用：催化剂、稳定剂、抛光粉、涂料、药物载体、吸附分离材料等。其尺寸的大小和均一性是保证各领域应用的关键因素。

目前制备二氧化硅纳米颗粒的研究有很多，例如国内专利CN103897436B公开了将改性后的二氧化硅、水、乙二醇混合研磨，再混合正硅酸乙酯、乙醚分散研磨，蒸发水后得到纳米二氧化硅透明分散体的方法。另外国内专利CN103964450B公开一种方法，通过两步酸催化反应制备得到了粒径为3nm～5nm的小粒径的纳米二氧化硅粒子。国内专利CN103466645B发明了一种湿法研磨纳米级二氧化硅制备方法，制备过程分成三个研磨阶段进行，每阶段研磨利用研磨机和循环桶进行循环研磨，发明通过三个阶段最终将二氧化硅粉体原料研磨成为纳米级二氧化硅。根据国内专利CN103911022A发明的一种用泡花碱、硫酸制得浆料，用雾化器制得母料，用流化粉碎机粉碎母料制得纳米二氧化硅的方法。而普遍研究中合成纳米二氧化硅单分散颗粒主要是如下几种工艺：1.stober过程。目前被认为最简单、最高效合成二氧化硅纳米颗粒的方法，但不能实现连续性生产；2.微乳液法。该方法可制备几十到几百纳米的二氧化硅微球，据相关文献报道该方法合成的颗粒均一度高于stober过程，但缺点是消耗较多的表面活性剂已生成稳定的胶团，后处理过程比较繁琐，合成之后有机溶剂的处理比较困难，造成制备成本升高；3.单质硅在水中的水解过程。显著缺点是单质硅需要用氢氟酸活化，并且其表面易形成氧化膜，阻碍反应进行；4.气相化学法。硅卤烷在氢氧焰中高温水解，生成二氧化硅颗粒。但该方法操作复杂并且成本较高。

在二氧化硅制备的过程中，要得到既定的颗粒大小就必须了解粒子生长的机理。颗粒的形成都要经历成核和晶核生长两个过程，其中都有水解单体参与，因此水解单体的浓度应该是控制成核、生长、产率的重要因素。而最著名的LaMer模型指出，当水解单体浓度降低至成核浓度以下时成核反应停止。传统理论认为要形成最终均一度高的纳米粒径需要保证晶核在同一时间形成，进而才能使后期晶核生长一致。

发明内容

为了克服上述现有技术上的缺点与不足，本发明提供一种连续可控制备纳米二氧化硅球形颗粒的简易方法。所述方法能实现纳米二氧化硅材料合成成本低、分布集中、产率高、连续性生产的要求。

本发明一种连续可控制备纳米二氧化硅球形颗粒的方法，包括以下步骤：

(1)将硅源和醇类溶剂混合，并充分搅拌，配置成溶液A；再将碱性催化剂、去离子水和醇类溶剂混合，并充分搅拌，配置成溶液B；

(2)将步骤(1)中的A,B混合液同时通入带有微波加热的微通道混合器；

(3)混合物料在微通道混合器混合之后，在微波加热到一定温度并经过一定时间后，产物通入产品罐中，得到纳米球形二氧化硅颗粒悬浊液；

(4)将步骤(3)中得到的悬浊液经过干燥处理后得到纳米二氧化硅球形颗粒。