【正文】 有其獨到的優(yōu)越性，特別是在 SiO2 氣凝膠的制備工 13 藝中，國內(nèi)外一般是先用溶膠 凝膠法制備出 SiO2濕凝膠。 在這兩種情況下，醇鹽均可能與醇發(fā)生作用而改變其原有的性能。目前母體原料一般選用硅的醇鹽，最常用的是正硅酸甲酯（ TMOS， Si(OCH3)4）和正硅酸乙酯（ TEOS， Si(OCH2CH3)4）。 實驗步驟 母體原料的選擇 制備 SiO2氣凝膠 的 母 體原料，可以用水玻璃、四氯化硅、硅的醇鹽等。如添加到二硝基 苯胺和尿素混合物中 ,可以防止這種混合物結(jié)塊；添加到顆粒狀殺蟲劑配方中 ,會更有效地控制和防止有害物的產(chǎn)生 [25]。 10 改性納米二氧化硅在其他方面的應(yīng)用 在有機玻璃 (聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA)生產(chǎn)時添加經(jīng)表面改性的氣相法納米二氧化硅 ,可以改善飛機的窗口材料由于高空飛行強紫外線輻射易老化、透明度降低等缺點 [22]。 功能涂料 改性后的納米二氧化硅表面經(jīng)基數(shù)減少使其在涂料中能夠均勻分散 ,并且某些改性劑還能使納米二氧化硅具有特殊的補強性能 ,可參與生產(chǎn)特殊功用的功能涂料。傳統(tǒng)的橡膠生產(chǎn)過程中通常依靠炭黑來提高其強度、耐磨性和抗老化性 ,但成品均為黑色 ,應(yīng)用范圍大受限制。因此 ,對納米二氧化硅粒子表面進行改性處理具有很重要的實際意義。利用稻殼所生產(chǎn)的白炭黑系列產(chǎn)品的具有成本低、質(zhì)量高、效益好 的特點，堪稱一代綠色精細化工產(chǎn)品。 由稻殼提取高二氧化硅 稻殼是一種硅含量豐富的天然材料，其 SiO2含量一般在 18%～ %，其余為有機物和微量金屬元素。 Na2SiO3 + HCl → H2SO3 + NaCl （ 13） H2SO3 → SiO2 + H2O （ 14） 目前，沉淀法制備二氧化硅技術(shù)包括以下幾類： （ 1）在有機溶劑中制備高分散性能的二氧化硅； （ 2）酸化劑與硅酸鹽水溶液反應(yīng)，沉降物經(jīng)分離、干燥制備二氧化硅； （ 3）堿金屬硅酸鹽與無機酸混和形成二氧化硅水溶膠，再轉(zhuǎn)變?yōu)槟z顆粒，經(jīng)干燥、 熱水洗滌、再干燥，鍛燒制得二氧化硅； （ 4）水玻璃的碳酸化制備二 氧化硅； 8 （ 5）通過噴霧造粒制備邊緣平滑非球形二氧化硅。加酸調(diào)節(jié)料液的聲值，并保溫陳化，最后經(jīng)過洗滌、抽濾、干燥、研磨、過篩等操作，制得粒度為 30 nm 的二氧化硅粉體。此法利用真空低溫冷凍干燥 ,使二氧化硅水懸浮液中凍結(jié)的水分在低溫低壓下升華而脫 去 ,最大限度地避免了干燥過程中二氧化硅粒子的團聚 ,從而得到單分散的二氧化硅粉體。制得納米二氧化硅為粒徑分布均勻的球型顆粒，平均粒徑在 40 nm 以下。用此方法制備的 SiO2 粉量大、純度高、顆粒分布均勻、粒徑單一、無硬團聚，并且它可以通過反應(yīng)物的配比、水解溫度及退火溫度，有效地控制 SiO2粉體尺寸 。在酸催化下 ,由于單體聚縮速率較大 ,水解反應(yīng)過程易發(fā)生線性縮合 ,形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而難以形成球形粒子。隨著水解的進行 ,水解產(chǎn)物進一步聚集形成凝膠 ,濾出凝膠再經(jīng)干燥及煅燒 ,制得所需的納米二氧化硅粉體。 王玉琨 [12]等以 TritonX100/正辛醇 /環(huán)己烷 /水 (或氨水 )形成微乳液，在考察該微乳液系統(tǒng)穩(wěn)定相行為的基礎(chǔ)上，由正硅酸乙酯 (TEOS)水解反應(yīng)制備納米粒子。通過微乳液 ,再結(jié)合適當(dāng)?shù)暮筇幚砉ば?,將可以制得形貌及粒徑都較為均一的納米二氧化硅粉體。微乳液在整個制備過程中是作為一個微反應(yīng)器和模板 ,其制備效果對產(chǎn)品的質(zhì)量起了關(guān)鍵作用。該工藝的特點是 :它因采用燃燒噴嘴和反應(yīng)室，可防止生產(chǎn)過程中納米 SiO2 在反應(yīng)室壁上的沉積，提高了生產(chǎn)的連續(xù)性以及產(chǎn)品的穩(wěn)定性 。主要流程是 :將上述硅化合物在空氣和氫氣中均勻混合，于高溫下水解，再通過旋風(fēng)分離器，分離出大的凝集顆粒，最后脫酸制得氣相 SiO2，其反應(yīng)式為 : 2H2 + O2 + 硅化合物 → 氣相 SiO2 + 4H+ （ 12） 段先健 [8]等利用一定的比例氧氣、氫氣和有機鹵硅烷，連續(xù)地輸進燃燒噴嘴，在反應(yīng)室中燃燒反應(yīng) 。相比而言，濕法所用原材料廣泛、價廉，產(chǎn)品經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑化學(xué)改性后，補強性能接近于炭黑 [7]。利用各種硅含量較高的廢棄物為原料制備納米二氧化硅 ,為部分廢棄物提供了現(xiàn)實可靠的出路 ,實現(xiàn)資源增值 ,緩解了工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境所造成的壓力。 制備納米二氧化硅的原料 在眾多研究者的不斷努力下 ,二氧化硅粉體在制備方法的研究上有了長足發(fā)展 ,以不同的原材料為基礎(chǔ) ,形成了許多各具特色的制備方法 (見表 ) ,極大地促進了二氧化硅粉體的應(yīng)用與自然資源的有效利用。這些獨特的性質(zhì)使它具有抗紫外線的光學(xué)性能 ； 可提高材料的抗老化性和耐化學(xué)性 。 由于這類材料的尺度處于原子簇和宏觀物體的交界區(qū)域，因而具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，并產(chǎn)生奇異的傳統(tǒng)材料和器件所沒有的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、吸 附、催化以及生物活性等特殊性能 [2](如 SiO2 具有優(yōu)良的絕緣性，而達到20 nm 時卻開始導(dǎo)電 [3])。對所制材料的結(jié)構(gòu)進行有效控制是納米技術(shù)的難點，其中溶膠 凝膠法因 產(chǎn)物顆粒均一 , 過程易控制 ,所得產(chǎn)品具有較大的比表面積等優(yōu)點，近年來引起了人們的極大興趣。納米顆粒因其特有的表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)以及宏觀量子隧道效應(yīng)等導(dǎo)致其產(chǎn)生了許多獨特的光、電、磁、熱及催化等特性，在許多高新科技領(lǐng)域如陶瓷、化工、電子、光學(xué)、生物、醫(yī)藥等方面有著廣闊的應(yīng)用前景和重要價值。納米材料的這些特性，使其在電子、冶金、航天、生物和醫(yī)學(xué)等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。如怎樣解決納米二氧化硅的團聚間題，使其均勻分散 。 并用紅外光譜儀， X 射線衍射儀 表征了用 溶膠凝膠法制備 的二氧化硅 負載 金屬鐵 與負載金屬鉬 。 納米二氧化 硅的制備與表征 Preparation and Characterization of Silica Nanoparticles 目 錄 中文摘要 、 關(guān)鍵字 ........................................................ Ⅰ 英文摘要 、 關(guān)鍵字 ........................................................ Ⅱ 引言 ....................................................................... 1 第 1章 緒論 ............................................................. 2 納米材料 ........................................................... 2 納米二氧化硅的性能及應(yīng)用 ........................................... 2 制備納米二氧化硅的原料 ............................................. 3 納米二氧化硅的制備方法 ............................................. 4 干法制備納米二氧化硅 ............................................. 4 微乳液法制備納米二氧化硅 ......................................... 5 溶膠凝膠法制備納米二氧化硅 ....................................... 6 超重力法制備納米二氧化硅 ......................................... 7 沉淀法制備納米二氧化硅 ........................................... 7 由稻殼提取高二氧化硅 ............................................. 8 納米二氧化硅的表面改性 ............................................. 8 改性納米二氧化硅的應(yīng)用 ............................................. 9 橡膠制品 ......................................................... 9 功能涂料 ......................................................... 9 塑料制品添加劑 ................................................... 9 改性納米二氧化硅在其他方面的應(yīng)用 ................................. 9 第 2章 實驗部分 ....................................................... 11 實驗材料與方法 .................................................... 11 實驗儀器與藥品 .................................................. 11 實驗方法 ........................................................ 11 實驗步驟 .......................................................... 12 母體原料的選擇 .................................................. 12 溶劑的選擇 ...................................................... 12 制備工藝的選擇 .................................................. 12 溶膠凝膠法制備 SiO2負載金屬 (Fe、 Mo)催化劑性能的研究表征 .