[发明专利]一种大粒径多孔高比表面二氧化硅微球的制备方法

说明书

本发明涉及一种大粒径多孔高比表面二氧化硅微球的制备方法，以工业化大孔大粒径树脂为模板，有机硅作为硅源，在真空条件下将硅源“灌充”入多孔树脂孔道中，在碱性条件下水解后进行煅烧，通过孔、壁替换的方法制备得到一种大粒径高比表面二氧化硅微球。第一步氧化硅填充到模板树脂孔道内，经历一步碳化，模板树脂骨架碳化进一步带来孔道用于第二次填充，如此进行保证了产品二氧化硅微球的骨架强度及丰富孔道。此方法制备的二氧化硅微球具有高的比表面积、孔道及粒径易于控制、均一性好，且制备过程简单，成本低，适于大规模制备，在吸附分离领域有潜在应用价值。

技术领域

本发明涉属于无机多孔材料领域，及一种大粒径多孔高比表面二氧化硅微球的制备方法。

背景技术

多孔二氧化硅因具有较高的比表面积、良好的稳定性及强的吸附能力，在催化、环境及生物医药等领域有着广泛的应用。因此，开发一种低成本、过程简单、易于工业化的多孔二氧化硅制备方法具有重要的意义。

目前多孔二氧化硅的制备方法主要包括表面活性剂模板法、溶胶凝胶法及喷雾干燥法等。表面活性剂模板法是以表面活性剂为模板剂，利用不同浓度表面活性剂胶束形貌的差异，使得有机硅氧烷在碱性条件下水解得到不同形貌的二氧化硅材料，如棒状(CN106044781A)和花状(CN107188189A)二氧化硅，但是此法制备成本较高，过程较为繁琐，不适合大规模生产。溶胶凝胶法是将有机硅酸盐或有机硅氧烷与酸性或碱性溶液配成溶胶，水解缩合之后形成凝胶，经煅烧、粉碎后得到二氧化硅(CN104583771A)，该方法得到的二氧化硅粉末无规则形貌，且比表面积较低。喷雾干燥法一般以硅酸钠或正硅酸酯为硅源，与模板分子混合后进行喷雾，经干燥、煅烧后得到多孔二氧化硅微球(CN103086381A)，此法需要特殊的喷雾设备，技术要求较高，且制备的二氧化硅粒径较小，应用范围受限。

目前多孔二氧化硅制备过程中存在的诸如成本高、过程繁琐、结构可控性差、粒径调控范围窄(主要表现在微米级以上的大粒径尺度难于制备)等问题。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种大粒径多孔高比表面二氧化硅微球的制备方法，解决目前多孔二氧化硅制备过程中存在的诸如成本高、过程繁琐、结构可控性差、粒径调控范围窄(主要表现在微米级以上的大粒径尺度难于制备)等问题。

技术方案

一种大粒径多孔高比表面二氧化硅微球的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：多孔聚合物微球，装入反应瓶，并向其中加入硅源至液位没过多孔聚合物微球；抽真空至硅源中无气泡溢出后，过滤得到多孔聚合物/硅源复合微球；

步骤2：向得到的多孔聚合物/硅源复合微球中加入碱性溶液后搅拌，室温反应30-60min后，过滤得到多孔聚合物/SiO₂复合微球；其中多孔聚合物/硅源复合微球与碱性溶液的体积比不高于1:5，碱性溶液pH不低于10；

步骤3：将多孔聚合物/SiO₂复合微球在500-600℃下真空碳化3-6h，得到多孔碳/SiO₂复合微球；

步骤4：以多孔碳/SiO₂复合微球代替步骤1中的多孔聚合物微球，重复步骤1-3，得到的复合微球；

步骤5：将得到的复合微球在500-600℃空气下煅烧2-5h，得大粒径多孔高比表面二氧化硅微球。

所述多孔聚合物微球是交联苯乙烯类、丙烯酸酯类或丙烯腈类多孔聚合物微球。

所述多孔聚合物微球平均孔径大于20nm，孔隙率不低于45％。

所述硅源是正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯或正硅酸丁酯中的一种或几种的任意比混合。